" Año del Centenario de Machu Picchu para el Mundo"
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU
Integrantes:
Angeles Gomero, Eddy Castro Sernaqué, Alberto Peña Romero, Julio
Docente:
Julio Cesar Baldeón.
Curso:
Electrotecnia y Electrónica
Tema:
Medidor de nivel de líquidos
Facultad:
Ingeniería mecánica, aeronáutica, automotriz y software
Carrera:
Ingeniería de Software
Ciclo:
V
Turno:
Mañana
Aula:
B-316
LIMA - PERU 2011
PRESENTACIÓN En el siguiente proyecto titulado “Medidor de nivel de líquidos” , se tratara sobre un sistema de control automático que con el cual nosotros, podremos mantener un control sobre el nivel de llenado de agua de un tanque, de tal manera que cuando el tanque este lleno se detenga una bomba periférica para el llenado de tanques, para así evitar el sobrellenado del mismo sin que se desperdicie el agua, por otro lado, una vez que el agua se agote del tanque, hará que se active la bomba nuevamente para el llenado del tanque, cumpliendo el ciclo de llenado de un tanque, pero en este caso sin la intervención del hombre. Además de lo antes mencionado se ha implementado un circuito que medirá (detectará) el nivel de agua en el tanque. Al realizar este proyecto, que por más sencillo que parezca se han ten ido presentes pautas y conocimientos en lo que se refiere a circuitos electrónicos (Específicamente transistores, diodos y relés) los cuales hemos adquirido a lo largo del curso, impartidos por nuestro profesor capacitado de la especialidad, que sin duda han sido de gran utilidad para la realización del mismo. Se detallara paso a paso de cómo se llego a la conclusión y culminación de este proyecto que es de utilidad y de gran importancia para nuestra vida cotidiana.
INTRODUCCIÓN Desde hace varios años, la mano del hombre ya no es tan necesaria para poder controlar todos aquellos equipos y artefactos que utilizamos diariamente ya sea como por ejemplo: El alumbrado público controlar la calefacción, controlar el llenado de un tanque con agua, etc. Hoy en día, existe la posibilidad de que ciertos sistemas específicos puedan controlar y/o efectuar el manejo por si solos (Automático). Los elementos necesarios, mediante los cuales se puede obtener los efectos deseados sin la intervención de la mano del hombre se denominan sensores o actuadores. Dependiendo de la variación de la magnitud que controlen podemos tener el siguiente listado básico: El Termostato (Actúa con los cambios de temperatura), Interruptor Crepuscular (Actúa con los cambios de luz solar), Temporizador (Actúa con los cambios del tiempo), Hidronivel (Actúa con los cambios de fluidos), etc. Los beneficios obtenidos por estos sistemas de control automático son: Confort (comandar sistemas o artefactos desde cualquier lugar por medio de un control o en forma automática, seguridad (crear situaciones de simulación de personas dentro de una propiedad o simplemente una alarma, y el ahorro de tiempo (simplificando las tareas diarias.)
MEDIDOR DE NIVEL DE LÍQUIDOS 1. OBJETIVOS GENERALES El objetivo principal de este proyecto es observar, comprender y utilizar los diferentes componentes electrónicos estudiados durante el curso para el funcionamiento y elaboración de un dispositivo que nos permitirá controlar el nivel nivel de un líquido líquido en un tanque. 2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
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Realizar los montajes correctamente sabiendo identificar cada uno de los elementos utilizados.
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Aplicar cada concepto previo para la buena actividad del circuito.
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Lograr medir el nivel de un líquido con ayuda de nuestro circuito aplicando correctamente los conceptos e ideas planteados.
3. MATERIALES UTILIZADOS: -
3 Resistencias de 1 kΩ (R1,R2,R3)
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3 Resistencias de 220 Ω (R4,R5,R6)
Las resistencias son componentes eléctricos pasivos en los que la tensión instantánea aplicada es proporcional a la intensidad de corriente que circula por ellos.
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3 diodos led (D1,D2,D3) Un Un diodo LED es un dispositivo semiconductor que emite luz monocromática cuando se polariza en directa y es atravesado por la corriente eléctrica.
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1 Diodo 1N4148 (D4) Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un sentido.
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3 Transistores 2N 3904 (Q1,Q2, Q3)
Un transistor deja pasar o cortar señales eléctricas a partir de una pequeña señal de mando.
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1 Relay 12 V (RL) Un relé es un interruptor accionado por un electroimán, el cual está formado por una barra de hierro dulce, llamada llamada núcleo, rodeada rodeada por una bobina de hilo de cobre.
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3 Borneras de 2
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1 Bornera de 3 Una bornera comprende un cuerpo aislante alargado que incluye una pluralidad de orificios para el acceso de conductores y unapluralidad de correspondientes tornillos de fijación de dichos conductores.
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Electrobomba y tanque
Es la máquina que transforma energía, energía, aplicándola para para mover el agua. Este movimiento, normalmente es ascendente. Las bombas pueden ser de dos tipos “volumétricas” y “turbo-bombas”. Todas constan de un orificio de entrada (de
aspiración) y otro de salida (de impulsión).
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Sensores (electrodos)
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1 Sirena electrónica
La sirena electrónica se compone de una unidad de control que ha almacenado en el interior de la secuencia de tonos, y uno o dos altavoces conectados a esta unidad.
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1 transformador de 12 V
Es un dispositivo eléctrico que funciona bajo el principio de inducción electromagnética; sirve para transformar la tensión, intensidad e impedancia de un circuito.
4. CONCEPTOS PREVIOS HIDRONIVEL El hidronivel es un sistema muy complejo y antiguamente muy sencillo cuya finalidad es, como su mismo nombre lo indica, la de controlar el nivel de líquidos en un depósito, pozo, etc. Podemos destacar dentro del ámbito del hidronivel dos tipos:
Hidroniveles mecánicos. Hidroniveles electrónicos.
En nuestro proyecto nos enfocaremos hacia los hidroniveles electrónicos. Hidronivel electrónico: Los circuitos de hidroniveles eléctricos se han ido fabricando desde los más simples con transistores hasta otros más complejos y por tanto más seguros y con un funcionamiento más exacto. Existe una gran variedad de hidroniveles electrónicos dependiendo de su funcionamiento, es que, se dará el tipo de líquido adecuado para su aplicación. Así pues tenemos los siguientes: -
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Control de nivel óptico: Control de nivel óptico para líquidos no conductivos. Se trata de un pequeño sensor de nivel para líquidos transparentes. El sensor emite hacia fuera una luz infrarroja, que se refleja en su propia punta semiesférica y vuelve al interior. Cuando está sumergido la luz se refracta hacia afuera y no la detecta él mismo. Es muy útil para depósitos y tuberías bajo presión, y para conectar directamente a autómatas. Control de nivel por vibración: Control de nivel por vibración para líquidos con salida relé. Dispone de un diapasón que queda introducido en el recipiente. Este diapasón esta vibrando a una frecuencia fija determinada, al contacto con el producto, altera la vibración y este cambio es detectado por el circuito electrónico de control. Se conecta en serie con la carga y lleva un piloto indicador de estado. Interruptor de nivel conductivo: Este elemento sensor además del electrodo de contacto con el agua, lleva toda la electrónica incorporada en su interior. Los dos electrodos que asoman por el extremo tienen corriente alterna de baja tensión. Es muy útil para depósitos y tuberías bajo presión, y para conectar directamente a autómatas. Control de nivel por ultrasonidos: Este medidor de nivel se instala sobre la superficie del producto a medir, sólido o liquido, emite una onda sónica que rebota en el producto y devuelve el eco a la sonda. Esta evalúa el tiempo transcurrido y calcula la distancia. Dado que la velocidad del sonido en el aire varía con la temperatura, la sonda lleva un sensor de temperatura que compensa los cambios.
MEDICIÓN DE LÍQUIDOS CON ELECTRODOS
Se instala una serie de electrodos, a alturas diferentes, en un recipiente conectado lateralmente o en el mismo tanque. A medida que el nivel del agua sube, los electrodos cierran los circuitos respectivos.
ELECTROBOMBA Es la máquina que transforma energía, energía, aplicándola para mover mover el agua. Este movimiento, normalmente es ascendente. Las bombas pueden ser de dos tipos “volumétricas” y “turbo-bombas”. Todas constan de un orificio de entrada (de
aspiración) y otro de salida (de impulsión).
Las volumétricas mueven el agua mediante la variación periódica de un volumen. Es el caso de las bomba de émbolo. Las turbobombas poseen un elemento que gira, produciendo así el arrastre del agua. Este elemento “rotor”
se denomina “Rodete” y suele tener la forma de hélice o rueda con paletas.
Las bombas pueden recibir la energía de diversas fuentes. Desde la antigüedad se ha usado la energía eólica en este menester. El movimiento de las paletas del molino de viento se transmite a una bomba que extrae agua de un pozo. Cuando la bomba recibe la energía a través de un motor acoplado (eléctrico, de gasóleo o gasolina), al conjunto conjunto se le llama moto-bomba. El motor motor puede también estar separado de la bomba. Entonces hace falta un elemento que le transmita el movimiento. Puede ser una polea, un eje, etc.
RELÉ (RELAY)
Un relé es un interruptor automático automático controlado por la electricidad. Los relés permiten abrir o cerrar circuitos sin la intervención humana. Un relé funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. Fue inventado por Joseph Henry en 1835.
Estructura interna de un relé:
Funcionamiento de un relé: NA
C NC
El rectángulo con la línea diagonal representa el electroimán y las dos líneas que tiene arriba y abajo son los cables que lo alimentan. El interruptor representa los contactos del relé. Ambos elementos están unidos por una línea discontinua que el electroimán cierra el interruptor al ser activado.
TRANSISTOR 2N 3904
5. DESCRIPCION DEL CIRCUITO Este circuito está conformado por 3 etapas iguales. Cada una de ellas está conformada por un transistor NPN, configurado como interruptor, en cuya base se conecta la señal proveniente de un sensor a través de una resistencia de 1k , y en su salida, por el colector, se conecta un led indicador de nivel a través de una resistencia de 200 ohmios. Se instala una serie de electrodos, electrodos, a alturas diferentes diferentes en el tanque, que será llenado por una bomba eléctrica de agua (Electrobomba), la cual utilizará un contacto cerrado del relé NC para NC para que cuando el agua llegue a los sensores (electrodos), esta polariza directamente la base de los transistores haciendo que estos conduzcan y por consiguiente que se encienda el led correspondiente, se apague la bomba y se encienda una alarma (Sirena).
Además de los diodos led, pueden conectarse al circuito relés, los cuales brindan la posibilidad de manejar cargas grandes, es decir, elementos que en su operación requieren de corrientes y
voltajes elevados y que no pueden ser alimentadas con una batería, como por ejemplo sirenas, válvulas, etc. 6. ELABORACION Y FUNCIONAMIENTO ELABORACION Para proceder a diseñar el circuito es necesario tener en cuenta ciertas condiciones de operación de circuito, en otras palabras como queremos que sea el funcionamiento del circuito. El medidor de nivel tiene que tener sensores de agua de modo que puedan detectar si hay o no agua en el recipiente para que opere; para esto tenemos que colocar terminales en el recipiente que al hacer o no contacto con el agua envíe un voltaje a un circuito al circuito, el cual tendrá la función de recibir las señales enviadas por los sensores y procesarlas para dar una salida hacia los transistores, resistencias para encender el led correspondiente permitiendo medir el nivel en el que se encuentra el agua. De esto hemos obtenido los cuatro terminales claves para el funcionamiento del medidor: El primer Terminal es el de tierra, el cual, es colocado en el fondo del recipiente con el fin de que el circuito haga tierra con el recipiente. El segundo Terminal es el denominado máximo, el cual, se colocara en el lugar determinado por nosotros para que sea el nivel máximo al que nosotros queremos llenar el recipiente. El tercer Terminal es el denominado medio, el cual, se colocara a mitad del pozo, este solo indicara el nivel medio de llenado del pozo. El cuarto Terminal es el denominado mínimo, el cual, también será colocado a nuestro gusto para indicar el nivel mínimo de líquido. Por el contrario de esto, cuando no hay liquido, no habrá conducción, al no haber conducción, no habrá voltaje entre los terminales. FUNCIONAMIENTO Encendemos el motor de la bomba de agua (electrobomba) la cual ira llenando poco a poco el tanque, cuando el agua alcance el primer nivel determinado previamente hará contacto con el primer electrodo, mandando una señal a la base transistor a través de la resistencia encendiendo el primer led (verde) indicándonos el nivel bajo del medidor. Cuando el agua alcance el segundo nivel hará contacto con el segundo electrodo repitiendo el proceso anterior y encendiendo el segundo led (ámbar) indicándonos el nivel medio del medidor. Cuando cuando el agua alcance tercer nivel hará contacto con el tercer electrodo repitiendo el proceso anterior, encendiendo el tercer led (rojo) y también activando el relé el cual apagará el motor de la bomba.
Para culminar, procedemos al vaciado del agua, cuando desciende por completo debajo del nivel bajo, el tanque quedara nuevamente vacio con lo cual habrá tensión en este punto y el motor entra nuevamente en funcionamiento.
DIAGRAMA DE FLUJO
1
7. DIAGRAMA ESQUEMATICO
8. DIAGRAMA DE ENSAMBLAJE
9. APLICACIONES
Control de nivel de agua automático automático en el uso doméstico.
Se utiliza en procesos industriales para la detección de nivel de líquidos conductores como es el agua, como por ejemplo en tanques de agua, en procesos de maquinas de embotellados etc.
También para la detección de líquido en el conductor de la fuente a la bomba para que esta no trabaje en vacío.
10. VENTAJAS
Controla el nivel máximo, en automático apagándose la bomba y que no se ocasione rebalse de agua.
Un precio bastante bajo.
Con relación al medio ambiente contribuye a la conservación del agua.
11. CONCLUSIONES
El medidor de nivel es un dispositivo electrónico de bajo costo, el cual usa voltajes bajos en DC. 12V. Se puede conectar conectar al circuito circuito relés, utilizando utilizando sus contactos abiertos NA o cerrados NC externos, voltajes mayores, mayores, para el funcionamiento de la la electrobomba. El transistor 2N 3904 es el elemento que permite el encendido de los leds y el gracias al relé es posible la activación y desactivación de la electrobomba.
Una de las más corrientes aplicaciones de los motores eléctricos se encuentra en los procesos de bombeo de agua y líquidos conductores. Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, como un amplificador eléctrico. eléctrico. El Transistor 2N3904 se usa como todos para amplificar y cortar algunas saturaciones de circuitos o arreglos electrónicos. Las borneras son un punto de anclaje de alimentación de electricidad también se usan como puente las variaciones son múltiples incluso se usan en automotores. Para conectar ledes de modo que iluminen de forma continua, deben estar polarizados directamente, es decir, con el polo positivo de la fuente de alimentación conectada al ánodo y el polo negativo conectado al cátodo. La gran ventaja de los relés electromagnéticos es la completa separación eléctrica entre la corriente de accionamiento, la que circula por la bobina del electroimán, y los circuitos controlados por los contactos, lo que hace que se puedan manejar altos voltajes o elevadas potencias elevadas potencias con pequeñas tensiones de control. También ofrecen la posibilidad de control de un dispositivo a distancia mediante el uso de pequeñas señales de control. Para que un relé funcione necesita una corriente de excitación ya que presenta un electroimán. Gracias a los conocimientos obtenidos a lo largo del curso logramos comprender el funcionamiento y los diferentes usos de cada elemento electrónico usado para este proyecto.
12. RECOMENDACIONES
Al montar cualquier circuito en el protoboard debemos identificar cada elemento colocarlo según la distribución del diagrama.
Al trabajar con corriente continua debemos tener en cuenta su polaridad positivo(+) y negativo(-)
Observar el voltaje de cada elemento ya que si sobrepasa su voltaje, podría dañarse, del mismo modo si le proporcionamos en voltaje que es muy bajo no podrían funcionar.
Ser ordenado al momento de conectar los elementos para observar bien funcionamiento de cada uno y si existe algún error poder corregirlo rápidamente.
13. OBSERVACIONES Durante la realización de este proyecto observamos de manera teórica y practica la función de los transistores, resistencias, diodos, leds y el automatismo de electrodos. 14. BIBLIOGRAFIA
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Análisis De Circuitos En Ingeniería - Hayt William / Editorial: Mcgraw-hill (Año: 2007, 7ª edición).
