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Después de bastante tiempo sin dar señales de vida por el foro, vuelvo a la carga con mi ultimo invento. Un controlador hecho con Arduino y componentes básicos de no mas de pocos € cada uno. Alguno ya lo vio en la quedada del año pasado en Riaza pero entonces todavía era solo el prototipo.
Antes de nada aclarar que no es mágico, con esto no enfriara mas y mas rápido vuestra trivalente que una de compresor, pero segurísimo que si que lo hará mas y mas rápido que antes, con menos consumo eléctrico, con muchísima mas seguridad y por un coste ridículo a comparación de lo que os costaría cambiar un simple termostato mecánico o otro elemento de recambio de la nevera.
Empecemos primero por lo que hace nuestro pequeño Arduino:
– Control voltaje batería y apagado por seguridad nevera y alarma sonora en caso de voltaje bajo/alto .
– Control consumo resistencias y apagado por seguridad nevera y alarma sonora en caso de consumo bajo/alto tanto en AC y DC.
– Control de 4 temperaturas simultaneas (nevera, congelador, ambiente y hervidor) y alarma sonora en caso de temperaturas
bajas/altas.
– Control ventilador temperatura ambiente.
– Control ventilador interior (como frigoríficos no frost).
– Detección apagado llama en modo gas y alarma sonora.
– Detección puerta abierta mucho tiempo y alarma sonora.
– Detección y selección automática AC/DC (pasa automáticamente a DC si se corta alimentación AC y a la inversa).
– Data logger con capacidad de casi 4h para visualizar gráficas con temperaturas y estado salidas para detección de fallos.
– Control mediante encoder rotatorio que sustituye selector termostato.
– Display LCD con retroiluminación con menús de visualización y configuración de alarmas.
– Programa Arduino, librerias, esquemas electricos y archivos para impresion 3D de codigo abierto.Ufff… cuantas cosas para un trasto tan pequeño no? Cierto, pero sorprendentemente, todavia le queda espacio y entradas para añadirle mas opciones en un futuro.
Aquí tenéis el prototipo que ha estado 1 año en la furgo probándose y la versión final:
Primero empecemos por la parte más fácil y que cualquiera puede implementar en su nevera sin necesidad de meterse en fregaos con el Arduino, la parte eléctrica.
Dependiendo la antigüedad de vuestra trivalente, podéis tener un diseño mejor o peor. Eso significa que mientras que en algunos esquemas como este, todo el consumo electrico a 12v pasa por un rele de potencia:
En otros casos, los ingenieros pensaron a lo bruto e hicieron pasar todo el consumo a traves de nuestro interruptor situado en el frontal de la nevera:
Que ocurre en estos casos y con neveras que pueden rondar los 30 años? pues muy fácil, que dichos contactos ya estarán o desgastados (en el caso del relé que puede llegar a aguantar hasta 30A en DC) o en el caso del interruptor, que pueda llegar a estar derretido o que fallen los contactos (la mayoría aguantan max. 10A en DC).
En mi caso era el segundo y provocaba mal contacto, perdida de corriente en forma de calor en el interruptor, menor potencia disponible en la resistencia, por lo tanto menor efriamiento y peligro de corto al estar el interruptor deformándose por el exceso de temperatura.
Tenia claro que lo quería mejorar usando relés de potencia pero después de que en una vez en un camping se me fuera la luz por la noche y despertara con la nevera encharcada por haberse descongelado, tambien quise que cambiara automaticamente de AC a DC y viceversa. Como hacerlo? facil, asi:
Ahora toda la potencia pasaria por reles que aguantan 30A y realizaria el cambio de AC/DC automaticamente
S1 y S2 son los interruptores originales de la nevera.
U2 es un sensor de corriente que solo necesitareis si queréis montar el Arduino, sino simplemente lo ignorais. https://es.aliexpress.com/store/product/SMD-Inductor-Kit-CDRH104R-10uH-to-330uH-10x10x4mm-10values-10pcs-100pcs-SMD-Power-Inductor-Assorted-Sample/334970_998611357.html?spm=a219c.search0104.3.1.14976615IDhQWd&ws_ab_test=searchweb0_0,searchweb201602_2_10152_10151_10065_10344_10068_10547_10342_10343_10340_10548_10341_10696_10084_10083_10618_10307_10301_10303_5711216_10313_10059_10184_10534_100031_10103_10624_10623_10622_10621_10620,searchweb201603_49,ppcSwitch_5&algo_expid=619363e8-f552-4dcd-a314-d501dc04152b-0&algo_pvid=619363e8-f552-4dcd-a314-d501dc04152b&transAbTest=ae803_4&priceBeautifyAB=0
Otra ventaja que se me ha olvidado mencionar es que aunque no montes el Arduino, si sustituyes K2 y U2 por el termostato mecanico original, ahora tendras termostato tanto en AC como en DC. Cosa que antes solo regulaba en AC y cuando lo ponias a 12v, funcionaba siempre deborando amperios como un loco sin importarle la temperatura de la nevera.
Bueno, ya hemos hecho una mejora eléctrica para evitar sustos y asegurarnos de que hasta el ultimo amperio lo destinamos a lo importante, a las resistencias. Pero que mas se puede hacer para mejorar el poder frigorífico de mi prehistórica nevera?
Primero un poco de teoría muy básica:
Básicamente nuestra nevera utiliza un a fuente de calor para hacer hervir una mezcla de amoniaco, agua e hidrógeno. Condensa el amoniaco para volverlo a estado liquido y mediante un juego de presiones, temperaturas y secciones de tuberías, lo hace evaporarse en el interior de la nevera (efecto botijo!), robando así la calor del interior y enfriando nuestra preciada cerveza. Todo esto siempre en un bucle continuo.
Este proceso químico/físico no es mágico y para que sea eficiente se tiene que realizar a unas determinadas temperaturas en cada punto de nuestra nevera. Si en algún punto estas temperaturas o muy bajas o muy altas, nuestra eficiencia se desvanecerá y solo estaremos gastando energía inútilmente. Es es este punto donde la gente tiende a quejarse de que su nevera no enfría (por no conocer como funciona su nevera y por no poner solución a estos problemas). Como solucionamos esto?
– Aislamiento: Alejar nevera de fuentes de calor no deseadas o aislarla de estas (chapa exterior, conductos calefacción, aumentar aislamiento paredes y puerta añadiendo espuma, cambiando junta magnética de la puerta para un cierre correcto)
– Mejorar conductividad/efectividad evaporador: El gran radiador de aluminio que tenemos dentro de la nevera funciona a la inversa de como lo hacen los disipadores de las CPU de los ordenadores. Estos ceden calor al aire para enfriar la CPU y en nuestra nevera, roban el calor del aire de dentro para poder evaporar nuestro amoniaco liquido. Por lo tanto tenemos que asegurarnos que con lo años no se haya deformado y tenga la máxima superficie de contacto con el tubo del evaporador, limpiar bien las dos partes y usar pasta térmica como la de las CPU para mejorar la transferencia térmica entre ambos.
– Limpiar aletas disipadoras: Al igual que cuando nuestro radiador de la furgo esta sucio o taponado no enfría como tendría que hacerlo, con las aletas de nuestra nevera pasa lo mismo.
– Ventilador interior nevera: Con un simple ventilador de PC montado en el radiador de aluminio del interior de nuestra nevera girando a pocas vueltas, conseguiremos mover el aire interior para tener una temperatura homogénea en nuestra nevera y poder enfriar antes todas nuestras latas de cerveza repartidas por la nevera. Gracias a nuestro Arduino controlaremos las rpm, cuando queremos que funcione y que se apague cuando abrimos la puerta
– Ventilación parte posterior nevera: En teoría con las rejillas exteriores que recomienda el fabricante debería ser suficiente ventilación por convencional para mantener la temperatura ambiente a valores aceptables. Esto es cierto con temperaturas moderadas pero a medida que vamos al sur o estamos en pleno verano, la corriente por convección ya no es suficiente y necesitamos la ayuda de un ventilador que nos ayude a extraer ese exceso de calor acumulado. Venden kits que van con termostato (que precios!) pero gracias a nuestro Arduino podemos ver esa temperatura y ajustarla al valor que queramos.
Y por fin después de tanta explicación, vamos a hablar un poco de nuestro Arduino, no? que como alguien dijo…
Por si alguien no sabe lo que es un «Arduino» https://www.arduino.cc/ «Arduino es una plataforma de prototipos electrónica de código abierto (open-source) basada en hardware y software flexibles y fáciles de usar. Está pensado para artistas, diseñadores, como hobby y para cualquiera interesado en crear objetos o entornos interactivos.»
La pregunta es, porque complicarme con un Arduino para una simple nevera? Muy sencillo, por lo mismo que llevamos un smartphone en vez de seguir usando una cabina telefónica. Porque nos permite hacer muchas cosas que la nevera original no hacia.
Me aporta muchas seguridades que la nevera original no tenia, porque protege mi batería, porque mi nevera funcionara mejor, porque consumirá menos, porque en todo momento sabré que temperatura tiene, porque vale menos que cambiar el termostato original de la nevera, porque es código abierto y todo el mundo puede aportar ideas y el que mas me gusta, porque lo haces tu con tus manos y aprendes mientras lo haces.
Actualmente no he sabido encontrar nada por internet que cumpla todo lo que he implementado en este controlador en un solo cacharro.
De todo lo que he descrito antes que es capaz de hacer, ya hay soluciones por separado y que queda clara su utilidad pero creo que la única duda es porque leer 4 temperaturas? Nevera, congelador y ambiente están claros pero hervidor? para que? Pues , para los que entendais algo de ingles, en esta pagina venden un cacharro que explica la necesidad de controlar la temperatura del hervidor:
y la explicacion en fotos:
Que puede pasar si nuestra nevera funciona inclinada? y si no tiene suficiente carga por culpa de una fuga, la ponemos en marcha y nos vamos a dar una vuelta? Pues lo de las fotos de arriba. De ahí la necesidad de controlar la temperatura del hervidor (con gas o resistencias) para que en caso de exceso de temperatura, parar la nevera o en el caso del gas, por lo menos activar una alarma que nos avise. Aunque también para que en caso de temperaturas muy altas, funcionando con electricidad y antes de llegar a algo tan extremo como lo de las fotos, simplemente dejar de enfriar para hacer la nevera mas eficiente.
Como este finde tengo que montar la versión definitiva en la furgo, cuando tenga las fotos y algún vídeo donde se vea como queda montado y como funciona, continuare con el ladrillo por si hay gente interesada.
Bueno, lo prometido es deuda, así que continuamos…
Lo primero ha sido quitar la instalación eléctrica original y empezar amontar todo lo nuevo. Cosa bastante fácil y sin ningún misterio. solo desconectar, desmontar y quitar.
Para montar nuestro encoder rotativo que utilizaremos para usar nuestra nevera (funciona como el dial de la radio, izaquierda derecha para moverse y apretar para seleccionar), bastara con aprovechar el hueco del antiguo termostato y su mando. En mi modelo de nevera no he tenido que modificar nada. Este es el modelo y como queda montado. No se nota la diferencia.
Una vez montado el encoder, toca la parte que os puse antes en el esquema eléctrico de los reles, que me ha quedado encima de la nevera y asi:
Luego le a tocado al detector de puerta abierta. Un simple interruptor magnético de los chinos como los utilizados para alarmas de puertas y ventanas. Lo he montado en la parte de abajo de la puerta para que quedara escondido:
Acordaros de lo que os dije de aislamiento. Como se ve en la foto de arriba, yo he cubierto todos los lados expuestos de mi nevera con espuma aislante negra.
Seguimos con el ventilador del interior de la nevera, y puestos a pasar ya todos los cables dentro y aprovechando el mismo agujero por donde pasaba el termostato original, pasamos el sensor de temperatura de la nevera y el congelador
Los sensores de temperatura que he utilizado son los ds18b20. Unos sensores digitales muy baratos que se encuentran en internet en infinidad de encapsulados y longitudes de cable. Para esta aplicación es indiferente el encapsulado mientras sean el mismo modelo ds18b20.
Para las conexiones de todos los sensores y alimentación con el Arduino he utilizado los tipos conectores dupont. El mismo tipo que se utiliza para servos y accesorios en radio control.
Despues de esto, vamos a la parte de atras de la nevera y continuamos econ el sensor de temperatura del hervidor:
Este sensor de la foto esta montado en la parte de arriba del hervidor. Justo antes de las aletas de enfriamiento y de donde recomiendan montar los típicos clixon para los sistemas de ventilación auxiliar con termostato fijo.
Con este sensor hay que tener especial atención al principio de las pruebas. Los sensores ds18b20 pueden alcanzar como máximo temperaturas de 125ºC (aunque no es aconsejable llegar a dicho limite y mejor trabajar siempre un poco por abajo). Como en nuestro hervidor se alcanzan temperaturas mayores de 250ºC, hay que tener en cuenta de no montarlo muy próximo a las resistencias si no queremos acabar rompiéndolo.
Ahora seguiremos montando el sensor de temperatura ambiente y el ventilador ligado a este sensor:
El ventilador utilizado es uno doble de 12v de una Xbox que en aliexpres cuesta sobre 3€ y el sensor lo he montado justo en los plieges de las aletas del condensador de la nevera.
Las salidas para los ventiladores del Arduino, están limitadas a 1A máximo por cada una ademas de ser PWM y poder regular las rpm máximas al valor que queramos. Esto nos permite total flexibilidad para montar dentro de la gama de ventiladores de PC el que mas tengamos a mano. Incluso en caso de poder atenuar el ruido de los ventiladores, se podría corregir luego mediante la velocidad máxima configurada en el Arduino.
Por ultimo y para mejorar el flujo de aire detras de la nevera, como tenia mucho hueco muerto y eso proboca que no se genere una corriente ascendente natural por conveccion, he decidido reducir ese espacio al minimo mediante el uso de unas planchas de teflon que tenia por casa
Con eso conseguimos que el aire, incluso sin activar los ventiladores, pueda fluir mas fácilmente hacia arriba cuando se calienta y mejoramos la disipación de calor y las bolsas de aire caliente detrás dela nevera que empeoran su rendimiento. Justo lo que marcaba el dibujo que ya os puse en otro post
Bueno, ya tenemos todo montado así que solo falta hacer el hueco en el frontal de la nevera para encajar el Arduino con su caja y conectar todo. En mi caso yo he elegido modificar el frontal de la nevera pero no hay limite en la distancia de los cables y se podria montar donde quisierais.
La caja esta impresa en 3d y subida a thingiverse (solo me falta por diseñar/subir una brida de sujeción y un pulsador circular para el boton de reset en la tapa superior) https://www.thingiverse.com/thing:2838724
Y el código para los que quieran chafardear esta subido a github https://github.com/kirch80/Trivalent-fridge-controller
Y ya por ultimo un pequeñísimo vídeo que aunque no es de muy buena calidad, servirá para que os hagáis a la idea de como queda montado y como funciona el invento:
En el video podéis ver:
– Logo inicial (personalizable con vuestra furgo, nombre, lo que os de la gana…)
– Versión de software (en caso de actualizaciones, por lo menos sabes lo que tienes instalado)
– Pantalla principal con 1 de las 4 temperaturas seleccionadas en grande, iconos animados para saber que ventilador esta en marcha (ventilador), si la nevera esta enfriando(copo de nieve), si la puerta esta abierta(puerta y tiempo restante para aviso), voltaje batería, consumo resistencias, si esta el buzzer activo o si hay alguna alarma.
– Desde la pantalla principal y con un solo clic puedes cambiar los setpoints de temperatura
– Varios menús de configuración (temperaturas, ventiladores, alarmas, display)No tiene bloqueo anti niños o anti manazas pero basta con pulsar el botón de reset del Arduino mientras mantenemos pulsado el dial del termostato para hacer un reset a valores de fabrica y que vuelva a funcionar normalmente.
Tampoco os he mostrado lo del datalogger incorporado con el Arduino. Cuando pueda os subo alguna captura.
Ademas, yo encantado si alguno se anima y ayudar en lo que pueda. Por algo estoy compartiendo todo (programa Arduino, mejoras, esquemas, piezas para imprimir, etc…)
Yo mande hacer unas pcb a los chinos simplemente por la satisfacción de hacer un proyecto de la A a la Z con un acabado algo profesional en vez del típico de aficionado(vamos,que soy cabezón y perfeccionista y eso es mala combinación) , pero con toda la info que estoy colgando, cualquiera con conocimientos mínimos de electricidad/electrónica/programación pilla una pcb de prototipos y se lo monta y programa en un finde semana. Y si no, se pide ayuda y me ofreceré encantado a ayudar.Por cierto, este es el esquema y esta la pcb a doble cara:
Como comentario, decir que no he querido usar fusibles por ningún sitio y todos los componentes van con zócalos. El motivo? sale mas caro y ocupan mas espacio los fusibles que usar un integrado como el ULN2003 que permite 500ma por salida, lleva integrados diodos para cargas inductivas y cuesta cada IC menos de 20 céntimos de euro. Lo mismo para el Arduino nano. Cuestan menos de 3€ cada uno puesto en casa.
Ayer también perfeccione las piezas de la carcasa para hacerlas mas practicas a la hora de ensamblarlas y reducir el numero. También hice el botón de reset que faltaba y ya lo he actualizado en thingiverse.
https://www.thingiverse.com/thing:2838724
Por si alguien quiere hacerse su propia pcb o apañarse otro sistema para el display sin perforar nada, en thingiverse hay un monton de carcasas para el display LCD (cuadradas, redondas, para encastrar, portatil, etc…)
https://www.thingiverse.com/search/page:1?q=nokia+5110&sa=&dwh=1005abb9aafbc2df
También me faltaba por enseñaros como utilizaba la función «Serial Plotter» de Arduino para hacer un data logger:
Aunque parezca una chorrada, es super útil para detectar fallos en la nevera. Lo pones, te vas a hacer unas birras y al cavo de unas horas vuelves y ves exactamente las temperaturas de todo, cuando se encienden y apagan las cosas y que ha fallado, en vez de estar delante como un tonto preguntándote por que no enfría tu nevera.
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