COLEGIO SANTA CECILIA
PRIMERO
Autores del Sistema:
Renzo David Herrera Méndez
David Ricardo De León Mejía
Guillermo Ernesto López Jímenez
sábado, 17 de octubre de 2009
SISTEMA DE MEDICION DE NIVELES DE LÍQUIDOS
INTRODUCCION
El tema de nivel de líquidos, podrá parecer un tema difícil de entender y con muy poca difusión del mismo, pero este tema, en realidad es importante para el aspecto productivo de las empresas y aún para nuestras casas, ya que, el tema del ahorro y mejor utilización del agua y de otros líquidos, siempre será un tema importante para todos.
Este trabajo de medición de líquidos, se puede realizar de formas convencionales, pero la utilización de instrumentos electrónicos acompañado de la tecnología informática, permite realizar las mismas, con mayor precisión y aún trabajar con materiales que puedan ser dañinos para la salud humana.
El presente documento incluye la información necesaria para construir un sistema de medición de nivel de líquidos como proyecto final de la materia de electrónica básica, el cual puede ser utilizado para conocer la transferencia de líquidos de un contenedor, indicando si este esta vacío, lleno o en un estado intermedio.
OBJETIVOS
Objetivo General:
- El objetivo de este informe es diseñar, y hacer el montaje de un detector electrónico de nivel de líquidos para utilizarlo en cisternas, depósitos, bañeras, etc.
Objetivos Específicos:
- Implementar el montaje de un circuito que controle el nivel de agua en un recipiente en particular.
- Conocer las partes básicas de un transistor.
- Comprender las diferentes formas en que opera un transistor a partir de su diagrama.
- Confrontar los datos expuestos en teoría con el funcionamiento real de los transistores.
- Conocer y comprender el funcionamiento del circuito integrado ULN2803
JUSTIFICACIÓN
Las mediciones de líquidos mediante un soporte electrónico son necesarias para evitar el desperdicio y contribuir al ahorro de los mismos; evitando los derrames y la debida utilización en las cantidades y proporciones correctas.
Otro aspecto de vital importancia, es el cuido de la salud, al evitar mediante el sistema, la exposición corporal con materiales corrosivos o abrasivos.
Permitir la medición de niveles industriales y de contenedores herméticamente diseñados por los líquidos contenidos en ellos.
MARCO TEORICO
Medidores de Niveles de Líquidos
Los medidores de nivel de líquidos trabajan midiendo, bien directamente la altura de líquido sobre una línea de referencia, bien la presión hidrostática, bien el desplazamiento producido en un flotador por el propio líquido contenido en el tanque del proceso, o bien aprovechando características eléctricas del líquido.
Los instrumentos de medida directa se dividen en:
° Medidor de sonda
° Medidor de cinta y plomada
° Medidor de nivel de cristal
° Medidor de flotador.
° Medidor manométrico
° Medidor de membrana
° Medidor de tipo burbujeo
° Medidor de presión diferencial de diafragma
° Medidor conductivo
° Medidor capacitivo
° Medidor ultrasónico
° Medidor de radiación
° Medidor láser
INSTRUMENTOS BASADOS EN CARACTERISTICAS ELECTRICAS DEL LIQUIDO
El medidor de nivel conductivo o resistivo.
Consiste en uno o varios electrodos y un relé eléctrico o electrónico que es excitado cuando el líquido moja a dichos electrodos.
El líquido debe ser lo suficientemente conductor como para excitar el circuito electrónico, y de este modo el aparato puede discriminar la separación entre el líquido y su vapor, tal como ocurre, por ejemplo, en el nivel de agua de una caldera de vapor. La impedancia mínima es del orden de los 20 M/cm, y la tensión de alimentación es alterna para evitar fenómenos de oxidación en las sondas por causa del fenómeno de la electrólisis.
Cuando el líquido moja los electrodos se cierra el circuito electrónico y circula una corriente segura del orden de los 2 mA; el relé electrónico dispone de un temporizador de retardo que impide su enclavamiento ante una ola del nivel del líquido o ante cualquier perturbación momentánea o bien en su lugar se disponen dos electrodos poco separados enclavados eléctricamente en el circuito.
El instrumento se emplea como alarma o control de nivel alto y bajo, utiliza relés eléctricos para líquidos con buena conductividad y relés electrónicos para líquidos con baja conductividad. Montado en grupos verticales de 24 o más electrodos, puede complementar los típicos niveles de vidrio de las calderas, y se presta a la transmisión del nivel a la sala de control y a la adición de las alarmas correspondientes.
El instrumento es versátil, sin partes móviles, su campo de medida es grande con la limitación física de la longitud de los electrodos. El líquido contenido en el estanque debe tener un mínimo de conductividad y si su naturaleza lo exige, la corriente debe ser baja para evitar la deterioración del producto. Por otro lado, conviene que la sensibilidad del aparato sea ajustable para detectar la presencia de espuma en caso necesario.
Medidor de nivel capacitivo.
Mide la capacidad del condensador formado por el electrodo sumergido en el líquido y las paredes del estanque. La capacidad del conjunto depende linealmente del nivel del líquido.
En fluidos no conductores se emplea un electrodo normal y la capacidad total del sistema se compone de la del líquido, la del gas superior y la de las conexiones superiores.
En fluidos conductores el electrodo está aislado usualmente con teflón interviniendo las capacidades adicionales entre el material aislante y el electrodo en la zona del líquido y del gas.
La precisión de los transductores de capacidad es de 1 %.
Se caracterizan por no tener partes móviles, son ligeros, presentan una buena resistencia a la corrosión y son de fácil limpieza. Su campo de medida es prácticamente ilimitado.
Tiene el inconveniente de que la temperatura puede afectar las constantes dieléctricas (0,1 % de aumento de la constante dieléctrica / °C) y de que los posibles contaminantes contenidos en el líquido puedan adherirse al electrodo variando su capacidad y falseando la lectura, en particular en el caso de líquidos conductores.
Medidor de nivel ultrasónico.
Se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie reflectante y la recepción del eco del mismo en un receptor. El retardo en la captación del eco depende del nivel del estanque.
Los sensores trabajan a una frecuencia de unos 20 KHz. Estas ondas atraviesan con cierto amortiguamiento o reflexión el medio ambiente de gases o vapores y se reflejan en la superficie del sólido o del líquido.
La precisión de estos instrumentos es de
La utilización de la computadora permite, a través de un programa, almacenar el perfil ultrasónico del nivel, y así tener en cuenta las características particulares de la superficie del líquido, tal como la espuma, con lo cual se mejora la precisión de la medida.
Medidor de nivel Láser.
Se utiliza en aplicaciones donde las condiciones son muy duras, y donde los instrumentos de nivel convencionales fallan; tal es el caso de la medición de metal fundido, donde la medida del nivel debe realizarse sin contacto con el líquido y a la mayor distancia posible por existir unas condiciones de calor extremas.
El sistema consiste en un rayo láser enviado a través de un tubo de acero y dirigido por reflexión en un espejo sobre la superficie del metal fundido.
El aparato mide el tiempo que transcurre entre el impulso emitido y el impulso de retorno que es registrado en un foto detector de alta resolución, y este tiempo es directamente proporcional a la distancia del aparato emisor a la distancia a la superficie del metal en fusión, es decir, da la lectura del nivel.
FUNCIONAMIENTO DEL PROYECTO
El componente central del proyecto es un circuito integrado ULN2803, el cual posee internamente un grupo de transistores NPN configurados especialmente para el manejo de cargas.
En la base de los mismos, se conecta la señal proveniente de los censores a través de resistencias de 10kW (R9 hasta R16) y en su salida por el colector se conectan los LED indicadores de nivel de a través de resistencias de 560 W (R1 a R8).
Dado que el Terminal común tiene señal positiva, cuando hace contacto a través del agua con uno de los censores, se esta polarizando directamente el transistor asociado, por lo tanto, el mismo transistor entra en conducción haciendo que el LED que esta conectado en su colector se encienda.
Este método presenta la ventaja de que el recipiente o tanque puede ser de cualquier tamaño ya que los censores se pueden ubicar en la profundidad que el usuario lo desee.
Para construir el censor o los censores que se introducen dentro del agua se puede utilizar cualquier objeto metálico que conduzca.
Los transistores del circuito integrado ULN2803 tienen capacidad de manejar cargas de hasta 500mA, esto permite controlar relés conectados directamente a través de un transistor en su colector, por esta razón el circuito se han dispuestos unos terminales en la salidas del integrado de tal forma que si se desea se puede manejar un relé para activar una alarma indicadora sonora indicando tanque lleno o activar una electroválvula que abra o cierre el lujo de agua.
El circuito posee un botón de prueba, el cual al oprimirlo se obtiene la lectura del nivel de agua, este fue implementado por dos razones, la primera es para ahorrar energía ya que cuando no esta oprimido no consume corriente por estar aislado de la fuente de alimentación y la segundase debe a que el pin común que se coloca en el fondo del tanque tiene señal positiva por lo que si se deja conectado todo el tiempo puede causar electrolisis el agua.
FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO DE APAGADO DE LA BOMBA
En el contenedor situamos dentro de él los tres cables, cuyos extremos deben estar pelados para que el agua haga buen contacto con el cobre. Como se aprecia en el esquema siguiente, el extremo del cable (sonda) queda situado al fondo del depósito, algo más elevada la sonda A y por encima de ésta
Se cierra el interruptor general de encendido (puesta en marcha) y comienza a llenar de agua el recipiente: al principio la lámpara permanecerá apagada, pero al llegar al nivel (a) la lámpara se encenderá. Después, de llenando el depósito, la lámpara volverá a apagarse cuando alcancemos el máximo nivel (B).
Al poner en funcionamiento el sistema, y mientras el recipiente permanezca vacío, la lámpara L1 no se enciende, porque el circuito de base de T2 se encuentra abierto. Cuando el agua pone en contacto la sonda del fondo (+) y la sonda A, el circuito de base se cierra a través del agua, R9 y D1, entrando en saturación T2, por lo que L1 se enciende.
Cuando el nivel de agua alcanza a la sonda B, es el transistor T1 el que entra en saturación, porque se cortocircuita el circuito de base T2, bloqueándolo y, por tanto, L1 se apagará.
En una aplicación industrial como la que queremos mostrar en este proyecto, es si en ves de utilizar la lámpara se coloca el control de una bomba para mantener el nivel de agua permisible en una aplicación donde no se debe de quedar sin el liquido esta bomba permanece encendida mientras el agua se mantenga entre los niveles A y B. si no es activado un circuito de indicación sonoro luminosa como una alarma con sirena.
PASOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE CIRCUITOS IMPRESOS
¿Que es una Fuente de Alimentación?
Una fuente de alimentación, en electrónica es un dispositivo o un subsistema que convierte la corriente alterna de la red de distribución de la energía eléctrica en otro tipo de corriente eléctrica adecuada para el uso que se le vaya a dar, que en este caso será para la alimentación de energía eléctrica para nuestros proyectos de Semana de Juventud.
A continuación veremos los pasos para la construcción de una Fuente de Voltaje:
Paso 1:
Diseñar
Paso 2:
Adquirir los elementos que en base al diseño escogido necesitaremos para la construcción de una Fuente de Voltaje.
Paso 3:
Realizar prueba de funcionamiento en Breadboard para preveer cualquier percance en el diseño definitivo de la construcción de
Paso 4:
Luego de revisar el circuito, se dispone a diseñar y a quemar con percloruro la pista definitiva en la cual se colocaran todos los elementos y se soldaran posteriormente.
Paso 5:
Luego de hacer unas pruebas al circuito definitivo, cuidando mucho cada detalle, se procede a colocar el circuito en un gabinete para que cada uno de los elemento se encuentre protegido, y el circuito en si sea mas durable, tomando en cuenta que cada pieza de control de
Paso 6:
Revisar en cada rango de funcionamiento a
CONCLUSIONES
En el presente trabajo se ha explicado con detalle cada uno de los componentes del proyecto y funcionamiento
El propósito del este proyecto minimizar el consumo de agua, como el abastecimiento rápido del vital liquido en cuanto este sea interrumpido.
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