Disseny i desenvolupament d’un equip de mesura per a l’avaluació del confort tèrmic

Abstract

Aquest projecte pretén desenvolupar i dissenyar un dispositiu electrònic, implementant una sèrie de sensors, amb l'objectiu d'avaluar i simular el confort tèrmic que podria sentir un ésser humà en unes condicions atmosfèriques determinades dins d'un vehicle.

El disseny d'aquest dispositiu té la finalitat de monitoritzar diferents paràmetres relacionats amb el confort tèrmic a partir de diferents variables relatives a l'ambient, com podrien ser la temperatura ambient i/o la humitat relativa.

Gràcies al desenvolupament d'aquest mòdul es podrà donar suport a diferents fabricants de vehicles per al desenvolupament i millora de sistemes de refrigeració de cabina d'automòbils, així com la possibilitat d'una millora en l'eficiència d'aquests sistemes amb la finalitat, juntament amb altres sistemes ja existents en els vehicles més moderns, de dissenyar ambients més còmodes per als passatgers del vehicle.

Per dur a terme aquest projecte d'investigació s'ha fet ús d'una placa ESP32. S'ha escollit aquesta placa ja que és compatible amb protocols de comunicació I2C i SPI, permet una connexió de diferents sensors connectats simultàniament i té unes dimensions bastant compactes permetent reduir la mida del mòdul en comparació amb l'ús de plaques similars.

Les mesures realitzades pels sensors són utilitzades dins de les equacions de Fanger, obtenint els paràmetres de confort tèrmic desitjats.

Durant el projecte s'expliquen les diferents etapes del disseny, inconvenients que hagin pogut sorgir i les solucions que s'han trobat amb l'objectiu d'implementar tots els sensors en un sol dispositiu, creant un prototip funcional que s'avaluarà amb un dispositiu ja existent al mercat.

Este proyecto tiene como objetivo desarrollar y diseñar un dispositivo electrónico mediante la implementación de una serie de sensores para evaluar y simular el confort térmico que un ser humano podría sentir bajo condiciones atmosféricas específicas dentro de un vehículo.

El propósito de diseñar este dispositivo es monitorear varios parámetros relacionados con el confort térmico en función de diferentes variables ambientales, como la temperatura ambiente y/o la humedad relativa.

El desarrollo de este módulo apoyará a varios fabricantes de vehículos en el desarrollo y mejora de los sistemas de enfriamiento de las cabinas de automóviles, así como en la posibilidad de aumentar la eficiencia de estos sistemas. Junto con otros sistemas existentes en los vehículos modernos, esto contribuirá a diseñar entornos más cómodos para los pasajeros del vehículo.

Para este proyecto de investigación se ha utilizado una placa ESP32. Esta placa fue elegida porque es compatible con los protocolos de comunicación I2C y SPI, permite conectar múltiples sensores simultáneamente y tiene dimensiones bastante compactas, reduciendo el tamaño del módulo en comparación con el uso de placas similares.

Las mediciones realizadas por los sensores se utilizan dentro de las ecuaciones de Fanger, obteniendo los parámetros de confort térmico deseados.

El proyecto detalla las diferentes etapas del diseño, los problemas que puedan haber surgido y las soluciones que se encontraron para implementar todos los sensores en un solo dispositivo, creando un prototipo funcional que será evaluado con un dispositivo ya existente en el mercado.

This project aims to develop and design an electronic device by implementing a series of sensors to evaluate and simulate the thermal comfort that a human being might feel under specific atmospheric conditions inside a vehicle.

The purpose of designing this device is to monitor various parameters related to thermal comfort based on different environmental variables, such as ambient temperature and/or relative humidity.

The development of this module will support various vehicle manufacturers in the development and improvement of automobile cabin cooling systems, as well as the potential to enhance the efficiency of these systems. Along with other existing systems in modern vehicles, this will contribute to designing more comfortable environments for vehicle passengers.

An ESP32 board has been used for this research project. This board was chosen because it is compatible with I2C and SPI communication protocols, allows multiple sensors to be connected simultaneously, and has fairly compact dimensions, reducing the module size compared to using similar boards.

The measurements taken by the sensors are used within Fanger's equations, obtaining the desired thermal comfort parameters.

The project details the different stages of design, any issues that may have arisen, and the solutions that were found to implement all the sensors into a single device, creating a functional prototype that will be evaluated with an already existing market device.