Control de Nivel de Agua

Universidad Nacional del Callao

Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica

CONTROL DE NIVEL DE AGUA

I. OBJETIVOS

Realizar un sistema de control automático basado en tecnología TTL para el control del nivel de líquido en un contenedor.

Interpretar las señales de los sensores infrarrojos.

Determinar una lógica funcional que controle de manera eficiente el funcionamiento del sistema

II. MARCO TEÓRICO

Con el objetivo de integrar los conceptos relacionados a la automatización de procesos, diseñamos un prototipo que permite interactuar con dos variables el nivel del líquido en un recipiente. El sistema de control está basado en un módulo que abarca estructura física, parte eléctrica, y los requerimientos que los actuadores necesitan para que las prácticas de técnicas de control se implementen.

Sensor infrarrojo (tipo led)

Este componente puede tener la apariencia de un LED normal, la diferencia radica en que la luz emitida por el no es visible para el ojo humano, únicamente puede ser percibida por otros dispositivos electrónicos.

Están diseñados especialmente para la detección, clasificación y posicionado de objetos; la detección de formas, colores diferencias de superficie, incluso bajo condiciones ambientales extremas.

CI 7414 (TTL)El circuito integrado 7414 consta de 6 inversores schmitt trigger con salida totem pole. Estos circuitos son usados cuando en las entradas vamos a tener niveles con ruido que pueden falsear los niveles de salida.

Circuitos Eléctricos II Circuito RLC en AC



La tabla de la verdad de cada inversor es muy sencilla, simplemente invertimos el valor de la entrada.

Los inversores son muy usados en electrónica, gracias a ellos podemos adaptar circuitos que necesitan ser controlados por lógicas inversas. También combinando varios uno detrás de otro podemos generar retardos pequeños, necesarios a veces para acceder a circuitos de forma segura.

Tabla verdad del inversor 7414

Entrada

A

Salida

Q

H L

L H

Puerta AND 74LS08

La puerta lógica Y, más conocida por su nombre en inglés AND (), realiza la función booleana de producto lógico. Su

símbolo es un punto (·), aunque se suele omitir. Así, el producto lógico de las variables A y B se indica como AB, y se lee A y B o simplemente A por B.

La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta AND es:

f=A∗B

Símbolo de la función lógica AND: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado


http://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Funcion_logica_Y.PNG



RELÉ (RELAY)

El Relé es un interruptor operado magnéticamente.

El relé se activa o desactiva dependiendo de la conexión; cuando el electroimán, que forma parte del relé, es energizado (para ello le ponemos un voltaje para que funcione), causa que exista conexión o no, entre dos o más terminales del relé.

Esta conexión se logra con la atracción o repulsión de un pequeño brazo, llamado armadura, este pequeño brazo conecta o desconecta los terminales antes mencionados.

Funcionamiento del Relé

Si el electroimán está activo jala el brazo (armadura) y conecta los puntos C y D. Si el electroimán se desactiva, conecta los puntos D y E.

De esta manera se puede conectar algo, cuando el electroimán está activo, y otra cosa conectada, cuando está inactivo.

Es importante saber cual es la resistencia del bobinado del electroimán (lo que está entre los terminales A y B) que activa el relé y con cuanto voltaje este se activa.

Este voltaje y esta resistencia nos informan que magnitud debe de tener la señal que activará el relé y cuanta corriente se debe suministrar a éste.

La corriente se obtiene con ayuda de la Ley de Ohm: I = V / R.

Donde:


Circuito Integrado 74F08 (and)

http://www.unicrom.com/Tut_leyohm.asp

http://www.unicrom.com/Tut_corriente_electrica.asp

http://www.unicrom.com/Tut_voltaje.asp

http://www.unicrom.com/Tut_resistencia.asp



- I es la corriente necesaria para activar el relé

- V es el voltaje para activar el relé

- R es la resistencia del bobinado del relé

III. MATERIALES

Sensores infrarrojos 2

Integrados 7414(TTL) 2

Integrados 7408(TTL) 1

Protoboard 2

Transistores BC549 2

Relay 1

Resistencias

Cables

IV. PROCEDIMIENTO

1. Montaje del circuito para los sensores

Para medir el nivel del agua, hemos utilizado un sensor tipo infrarrojo. Este sensor envía un pulso de 32 ms de duración, el cual impacta con el agua cuando llega a un determinado nivel sea alto o bajo; este pulso ya no vuelve hacia el receptor y eso hace que mande un “0” lógico y este es interpretado por el integrado 7414.

Para el proyecto hemos diseñado dos circuitos para los niveles que necesitamos. Cada una de las salidas de los circuitos de los sensores que salen del CI 7414 van a las entradas de la primera compuerta del CI 7408 que vendrían a ser las “patas” Nº 1 y 2. Ver figura:


VCC



2. LED Indicador de nivel

Estos son los LED que nos van a indicar cuándo el recipiente contenedor de agua ha alcanzado su nivel máximo.

Se conecta en serie, con su terminal positivo del circuito a la salida de la primera compuerta del CI 7408, que vendría a ser la “pata” Nº 3; tal y como se muestra en el diagrama.

3. Montaje de la bomba y configuración del relay


14 13 12 11 10 9 8(7414)

1 2 3 4 5 6 7

SALIDA

VCC VCC

VCC

1K

1K

1K

1K

470 Ω

14 13 12 11 10 9 8(7408)

1 2 3 4 5 6 7

Hacia el relay



El circuito diseñado y configurado y los sensores instalados en la parte superior e inferior del tanque permite identificar cuando el nivel de agua esta bajo se envía la orden al relay que enciende la hidrobomba de llenado, cuando el nivel de agua este al máximo esta se detiene y el tanque deja de llenarse impidiendo que el agua sobrepase el nivel deseado. De acuerdo a nuestra tabla de verdad cuando el nivel de agua sea mínimo obtenemos un 0 y se activa la hidrobomba de llenado; cuando el nivel sea máximo obtenemos un 1, la hidrobomba se detiene y un led emisor de luz que servirá como indicador se enciende dando aviso que el recipiente alcanzo su nivel máximo.

Análisis para el circuito y tabla de verdad

Nivel Máximo: ANivel Mínimo: B

Entonces:A B Salida

0 0 0

0 1 0

1 0 x

1 1 1

Cuando el agua se encuentre por debajo de los puntos A y B la salida de los sensores será 0 y 0 respectivamente. De la misma forma ocurre para A = 0 y B = 1; sin embargo, cuando sea A = 1 y B = 0, este caso nunca se dará puesto que es imposible que el agua este en A sin que este en B, entonces este es un termino irrelevante.


14 13 12 11 10 9 8(7408)

1 2 3 4 5 6 7

Sensor 1

Sensor 2

Led Indicador

Bomba

220 VDC



Finalmente cuando sea el caso A = 1 y B = 1; aquí la bomba se detiene y se enciende el LED indicador para informarnos que el agua alcanzo su nivel máximo, esto gracias a la acción de la compuerta AND y el relay.

4. Circuito final del controlador de nivel de agua

Cuando los tres pasos anteriores hayan sido desarrollados correctamente unir los circuitos, tomando en cuenta que las conexiones a tierra son comunes, de tal forma que se obtenga la forma mostrada en la figura.




V. CONCLUSIONES

Se lograron los objetivos deseados y nos pudimos dar cuenta de la forma como se puede controlar un nivel de agua en un tanque, este proyecto se elaboro de una forma sencilla pero es muy importante porque con él podemos colocar en marcha proyectos mayores como el control de nivel de agua en forma industrial.

En este proyecto se tuvieron inconvenientes con el proceso de elaboración de los circuitos de los sensores que indicaban el llenado del tanque, teniendo en cuenta que se elaboraron electrónicamente, el problema era que ionizaban el agua generando un voltaje lo que podría ser fatal para el desarrollo de un proyecto. Por ello es que nos vimos obligados a aislar los terminales de los leds utilizando pegamento para tubos para que de esta forma; la parte superior de los sensores emisores pudieran enviar la señal sin ningún problema a los receptores y la otra parte hiciera el contacto cerrando el circuito para un mejor funcionamiento.

Esta práctica fue muy importante y valiosa; gracias a ella logramos identificar errores que nos pueden servir para la puesta en marcha en proyectos mas avanzados y de mejor elaboración; estos errores no traen consecuencias mayores y por eso nos sirven para fortalecer nuestros conocimientos.




VI. BILBIOGRAFÍA Y WEBGRAFÍA

Fundamentos de Sistemas Digitales - Floyd

http://www.unicrom.com/Tut_relay.asp


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