1. Repositorio Institucional del Tecnológico Nacional de México (RI - TecNM)
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Title:	Cámara de Control de Temperatura de una Reacción Polimérica a través de un Sistema de Enfriamiento Automatizado
Authors:	Aguiñaga Martínez, Juan Manuel#AUMJ971105HASGRN00
Issue Date:	2020-10-01
Publisher:	Tecnológico Nacional de México
metadata.dc.publisher.tecnm:	Instituto Tecnológico de Pabellón de Arteaga
Description:	Las metodologías convencionales de síntesis de polímeros pueden ser llevadas a cabo mediante procedimientos de polimerización por radicales libres en solución bajo atmosferas oxidantes normales (en presencia de aire), utilizando iniciadores y empleando polímeros sintéticos y/o naturales. Entre otras variables de operación, la temperatura de reacción es muy significativa debido a que puede definir el peso molecular final del polímero sintetizado. Temperaturas altas de síntesis producen a menudo polímeros de bajo peso molecular y limitan la rapidez con que la reacción puede llevarse a cabo disminuyendo la eficiencia de la reacción. Aunado a lo anterior, las reacciones de polímeros llegan a ser exotérmicas por lo que se genera calor de formación que propicia un aumento más rápido de la temperatura de síntesis. En el laboratorio de Conversión de la Energía adscrito al programa de Maestría en Ciencias en Ingeniería Mecatrónica del Instituto Tecnológico de Pabellón de Arteaga se desarrollan proyectos relativos a la síntesis de copolímeros de poliacrilonitrilo para sus posibles aplicaciones en la industria textil. Dentro de este contexto, se contempla la síntesis de homopolímero de poliacrilonitrilo para la fabricación de fibras poliméricas de acabado textil. Considerando lo anterior, se requiere de un sistema mecatrónico para el control de la temperatura de una reacción polimérica que permita monitorear y controlar esta variable y que de manera automática mantenga la síntesis dentro de un intervalo de temperatura determinado. Para este estudio se empleó la metodología de síntesis de copolímeros de poliacrilonitrilo reportado por Dena-Aguilar et al., como punto de partida para el diseño y construcción de una cámara de control de temperatura a través de un sistema de enfriamiento automatizado. En este trabajo, se desarrolló una metodología para diseñar y construir una cámara de control de temperatura con dimensiones de 30 x 30 x 60 cm (ancho x profundo x alto) prevista de un (i) módulo de control para regular la posición vertical del reactor, velocidad de agitación de la reacción y monitoreo de la temperatura; (ii) un área de puesta de baño maría, (iii) una placa elevadiza porta-reactor para desplazar el reactor de una zona caliente a una zona fría conforme la temperatura de reacción, (iv) un sistema de enfriamiento a base de aire a presión, el cual es canalizado por un arreglo tuberías de policloruro de vinilo clorado de 1/2” (de tipo aspersor) y (v) un sistema de agitación. Se emplearon más de 270 piezas entre materiales de acero al carbón, electrónica modular compatible con hardware y software Arduino, agitador de tanque de montaje fijo hecho a la medida, comunicación serial y CNC robótica además de fabricar unidades de soporte mediante impresión 3D con material de poliácido láctico. Por mencionar algunos, se usó acero al carbón comercial de ángulo de 3/4”, lamina de acero galvanizado y solera de 1/8”, microcontroladores Arduino Nano y ATmega2560, motor DC con reductor JGA25-370, agitador vertical con un impulsor adaptado de tipo vortex hecho a la medida, sensor termopar tipo K, encoder rotatorio KY-040, controlador puente H L298N, display LCD y diversos conectores seriales, switchs, banda y polea dentadas, varilla lisa y roscada, cableado general de red Ethernet, coples, entre otros. Todos los componentes modulares están controlados por un lenguaje programable en Arduino. Se obtuvieron los diagramas electrónicos del sistema embebido empleando software de acceso libre Proteus y Fritzing. La propuesta de solución consistió en eliminar la manipulación manual de control de temperatura de una síntesis polimérica de poliacrilonitrilo a través de un sistema mecatrónico automatizado que permita mantener la temperatura de reacción en 60 ±2 °C empleando un baño maría convencional (zona caliente) y un sistema de enfriamiento (zona fría) por aspersores de aire a presión. Se logró el diseño y construcción de (i) una estructura de soporte con dimensiones 30 x 30 x 60 cm para colocar la fuente de suministro de calor a baño maría, un sistema de elevación y una zona enfriamiento por ventilación forzada, (ii) un sistema de sujeción del reactor y de agitación de reaccion con un impulsor tipo vortex hecho a la medida, (iii) una plataforma elevadiza sobre el eje y para retirar el reactor del baño maría y llevarlo a la sección de enfriamiento de manera automatizada y conforme la temperatura de reacción y (iv) un arreglo de enfriamiento (tipo aspersor) hechos a la medida para suministro de aire frío al reactor. Se desarrolló un programa de control en la plataforma electrónica de código abierto Arduino para la interacción con el sistema. El presente estudio tiene como antecedentes la continuidad de un trabajo previo de desarrollo de un extrusor para hilatura en húmedo por lo que se requería establecer el módulo de proceso de síntesis polimérica para el control de la temperatura de reacción dentro de un intervalo definido. Esta Tesis es una secuencia más extensiva y metódica del proyecto de residencia profesional, el cual fue realizado de manera grupal. Por lo que se establecieron nuevas metas y objetivos más pertinentes para lograr conformar un proyecto de titulación integral a través de Tesis. Este trabajo es parte de un proyecto global de un sistema de hilatura integral que comprende etapas de síntesis, extrusión y estiramiento y bobinado de un filamento polimérico. Por lo que esté estudio se desarrolló de manera grupal por los requerimientos, condiciones y características del proyecto proponente. Por tanto, los productos entregables de los participantes comparten las mismas secciones básicas del documento de Tesis con la diferencia de los resultados logrados en módulos de proceso diferentes. Este estudio presenta los logros alcanzados de la etapa de síntesis enfocado al diseño, construcción, automatización y control de una cámara de control de temperatura de una reacción polimérica. Lo anterior bajoautorización y aprobación de la Academia de Ingeniería Mecatrónica del Instituto Tecnológico de Pabellón de Arteaga.
metadata.dc.type:	info:eu-repo/semantics/bachelorThesis
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