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UNIVERSIDAD SANTO TÓMAS – PROYECTO FINAL –  CARACTERIZACIÓN DEL SENSOR DE CAUDAL YF-S201 E HIDROGENERADOR GOSO F50 - 5V

PROYECTO FINAL – CARACTERIZACIÓN DEL SENSOR DE CAUDAL YF-S201 E HIDROGENERADOR GOSO F50 - 5V. ROJAS GONZÁLEZ JHOINER SMITH COD: 2181204. RODRIGUEZ SANCHEZ JAIRO ANDRES COD: 2182690. PINEDA GONZÁLEZ GUSTAVO ALONSO COD:2180908. CORDOBA CALDERON JOHN EDISON 2181218. BETANCOURT MANCERA CHRISTIAN DAVID 2182698 PLAZAS OVIEDO CAMILA ALEJANDRA DIVISIÓN DE INGENIERÍAS FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA SENSORES Y ACTUADORES INDUSTRIALES. Y CONVERSIÓN ELECTROMAGNÉTICA

[email protected] [email protected] [email protected].co [email protected] [email protected] I.

OBJETIVO

Caracterizar un sensor de caudal YF-S201 usando un Arduino MEGA y un sistema de recirculación de agua, además poder generar un potencial eléctrico a partir de un caudal o flujo de agua. II.

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MATERIALES

Arduino MEGA Multímetro Sistema de recirculación de agua (laboratorio de hidráulica) Sensor YF-S201 Sensor GOSO F50 - 5V Computador con programa Arduino IDE Cronómetro III.

cada revolución. El sensor de efecto Hall está sellado de la tubería de agua y permite que el sensor mantenerse a salvo y seco. El sensor viene con tres cables: rojo (corriente de 5-24VDC), negro (tierra) y (salida de impulsos de efecto Hall) de color amarillo. Contando los impulsos de la salida del sensor, se puede calcular fácilmente el flujo de agua. Cada pulso es de aproximadamente 2,25 mililitros. Nota este no es un sensor de precisión, y la frecuencia del pulso varía un poco dependiendo de la velocidad de flujo, presión del fluido y la orientación del sensor. Se necesitará una cuidadosa calibración si se requiere más de un 10% de precisión.

MARCO TEÓRICO

A. SENSOR DE FLUJO DE AGUA YF-S201: Este sensor se encuentra en línea con su línea de agua y contiene un sensor de molinete para medir la cantidad de líquido se ha movido a través de él. Hay un sensor de efecto Hall magnético integrado que emite un impulso eléctrico con Imagen 1: Sensor de flujo de agua YF-S201

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UNIVERSIDAD SANTO TÓMAS – PROYECTO FINAL –  CARACTERIZACIÓN DEL SENSOR DE CAUDAL YF-S201 E HIDROGENERADOR GOSO F50 - 5V CARACTERÍSTICAS:

➢ Modelo: YF-S201. ➢ Tipo de sensor: efecto Hall. ➢ Voltaje de funcionamiento: 5 a 18 V DC (min Funcionamiento probado 4.5V voltaje). ➢ Max consumo de corriente: 15 mA a 5V. ➢ Tipo de salida: 5V TTL. ➢ Flujo de Trabajo Calificación: 1 a 30 litros / minuto. ➢ Temperatura de funcionamiento: -25 a + 80 °C. ➢ Ámbito de humedad de trabajo: 35% - 80% de humedad relativa. ➢ Precisión: ± 10%. ➢ la presión máxima del agua: 2,0 MPa. ➢ ciclo de trabajo de salida: 50% + -10%. ➢ tiempo de subida de la salida: 0.04us. ➢ Salida Tiempo de caída: 0.18us. ➢ Las características de flujo de pulso tasa: Frecuencia (Hz) = 7,5 * Caudal (l / min) ➢ Durabilidad: mínimo 300.000 ciclos. ➢ La longitud del cable: 15cm. ➢ 1/2 "conexiones de tuberías nominales, ➢ 0, 78" de diámetro exterior, 1/2 "de hilo. ➢ Tamaño: 2,5 "x 1,4" x 1,4”.

B. SENSOR HIDROGENERADOR GOSO F50 - 5V

Generador de micro centrales hidroeléctricas, el potencial de conversión de la energía del agua en energía eléctrica equipment.We mecánica le proporcionan tres tipos de generadores, puede ser directamente a la carga de la batería pequeña, puede cargar el teléfono móvil, se puede dar el poder de radio 12v, la carga, la fuente de alimentación para LED luces, etc.

Imagen 1: Hidrogenerador GOSO-F50 - 5V CARACTERÍSTICAS:

salida de alto voltaje: 80v (1.2 MPa) la salida máxima: ≥ 220ma (12v) resistencia de la línea: 10.5 + 0.5 resistencia de aislamiento: 10m (DC100) la salida cerrada la tensión máxima: 0.6MPa la salida de agua abre la tensión máxima: 1.2MPa iniciar la presión del agua: 0.05MPa Tamaño: 8.8x5.8x3.9cm (LxAnxAl) holgura axial 0.2 - 1.0 mm el ruido mecánico: ≤55db generador solo volumen: 90g la vida del generador: 3000h ≥ Apariencia: limpieza de la superficie generador, ausencia de corrosión, la estructura es fuerte. ➢ características de salida: la tensión de salida sin regulador de voltaje es proporcional a la presión del agua. ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢

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IV.

DIAGRAMA DE CONEXIONES Y MONTAJE

Imagen 2: Diagrama de conexiones entre Arduino uno y el sensor YF-S201

DESARROLLO

Se realizó la caracterización de un sensor de flujo de agua utilizando un Arduino UNO y su respectivo programa para tomar los pulsos obtenidos del sensor al momento de aplicarle un flujo de agua. La realización de la práctica se realizó de la siguiente manera: ➢ Se tomaron los pulsos del sensor al aplicarle un flujo de agua y mediante Arduino los obtenemos para realizar el cálculo de cuantos litros de agua por minuto y por hora mide el sensor. Para la alimentación del sensor se usaron los puertos que tiene el Arduino UNO, conectando así: el cable rojo a 5V y el negro a Tierra. El cable amarillo se conectó al puerto digital # 2 del Arduino. Se tomó la frecuencia de referencia como 7.5, ya que la frecuencia de litro/minuto es aproximadamente 7.5. Se realizaron las mediciones con diferentes caudales para obtener el número de pulsos que tenía cada uno. A continuación se observa el código usado para obtener los pulsos, realizar la conversión a litros/hora y a litros/minuto: volatile int NumPulsos; int PinSensor = 2; float factor_conversion=7.5; //para convertir de frecuencia a caudal

Imagen 3: Montaje de conexiones entre los 2 sensores, el computador y todo .

void ContarPulsos () { NumPulsos++; //incrementamos la variable de pulsos } int ObtenerFrecuencia() { int frecuencia; NumPulsos = 0; interrupts(); //Habilitamos las interrupciones delay(1000); //muestra de 1 segundo noInterrupts(); //Desabilitamos las interrupciones frecuencia=NumPulsos; //Hz(pulsos por segundo) return frecuencia; }

Imagen 4: Segundo Montaje de conexiones entre los 2 sensores, el computador y todo .

void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(PinSensor, INPUT); attachInterrupt(0,ContarPulsos,RISING); //(Interrupcion 0(Pin2),funcion,Flanco de subida) } void loop ()

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UNIVERSIDAD SANTO TÓMAS – PROYECTO FINAL –  CARACTERIZACIÓN DEL SENSOR DE CAUDAL YF-S201 E HIDROGENERADOR GOSO F50 - 5V normal, con los cuales se podría ver si el sensor y el programa { float frecuencia=ObtenerFrecuencia(); tenían una medida parecida al caudal real. //obtenemos la Frecuencia de los pulsos en Hz float caudal_L_m=frecuencia/factor_conversion; Caudal Tiempo(min) //calculamos el caudal en L/m medido(lt/m) float caudal_L_h=caudal_L_m*60; //calculamos el caudal en L/h 2,133 2,25 Serial.print ("Num_Pulsos: "); Serial.print (frecuencia,0); Serial.print ("Hz\tCaudal: "); Serial.print (caudal_L_m,3); Serial.print (" L/m\t"); Serial.print (caudal_L_h,3); Serial.println ("L/h"); }

3,067

1,55

4,000

1,2

5,067

0,93333333

6,133

0,75

Tabla 2: T  iempos obtenidos para cada caudal de agua.

Imagen 2: Visualización de los datos en la consola de arduino

Gráfica 1. Caudal con respecto al tiempo de llenado de un tanque. Para comparar los datos anteriores con los datos obtenidos mediante el programa , se calculó cuánto tiempo se demora en llenar 5 litros de agua pasaban por el sensor de caudal en 1 minuto, teniendo en cuenta los datos de los diferentes caudales, se obtuvieron los siguientes resultados: Caudal 5 ejemplo: Si en 1 minutos → 5 litros En 0.9333 minutos → x litros 𝑥 = 0.9333 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜∗5 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 / 1minuto x=4.6665 lt/min

Tabla 1: datos obtenidos mediante el programa.en una llave de agua normal

El siguiente paso a realizar fue la medición del tiempo que se gastaba en llenar 5 litros de agua en el tanque y comparar con los valores obtenidos en la parte anterior hechos en un llave

Teniendo el tiempo que se gasta en medir 5 litros, realizamos una regla de tres para saber cuántos litros mediría en 1 minuto y estos se multiplican por 60 para saber cuántos litros se medirían en 1 hora, para así comparar estos valores con los obtenidos mediante el programa, a continuación la tabla de resultados:

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Tabla 3: Resultados teóricos.

Se realiza las mediciones de voltaje y corriente de salida del hidrogenerador para ciertos caudales. Caudal (lt./min)

Voltaje (V)

Gráfica 4: Valores obtenidos en la medición de caudal vs voltaje generado.

Al mismo tiempo se media la corriente que pasaba en los 2 leds que estaban conectados en serie

1.07

0

Caudal (lt./min)

Corriente( mA)

1.8

1.1

2,133

0

2

1.65

3,067

4,2

2.133

1.8

4,000

6,6

2.53

2.3

5,067

14,5

3.067

3.3

6,133

19,8

3.467

4.12

3.6

4.73

4.933

5.03

Tabla 5: d atos de caudal y corriente

Tabla 4: d atos de caudal y voltaje

Se grafican los datos obtenidos:

Gráfica 5 : Valores obtenidos en la medición de caudal vs voltaje generado.

Teniendo en cuenta las ecuaciones de la recta obtenidas en Excel, podemos calcular los porcentajes de error por cuantificación y el porcentaje de error por no linealidad.

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UNIVERSIDAD SANTO TÓMAS – PROYECTO FINAL –  CARACTERIZACIÓN DEL SENSOR DE CAUDAL YF-S201 E HIDROGENERADOR GOSO F50 - 5V Para calcular el delta de linealidad, se usó la siguiente Donde mi son los valores obtenidos en la medición con tanque y qi son los valores obtenidos en la medición con Arduino, los resultados ecuación: son los siguientes:

𝚫Linealidad = mi -

qi−b a

Donde mi son los valores obtenidos en la medición con el tanque, qi los valores obtenidos en la medición con Arduino, b es el punto de corte y a es la pendiente de la ecuación. Los resultados obtenidos son:

Tabla 9: %  inexactitud. VI. Tabla 6: d elta de linealidad L/min.

●

Potencia=5.03v*19.8mA=0.1W

Luego hallamos el porcentaje de error para cada valor, con la siguiente ecuación:

Si en la casa viven 10 persona y se demoran toda 10min

x % linealidad = f ondo escala * 100

Wh=(0.1*60*10)/10= 6Watss/h en este caso si el generador es mejor la potencia hora mejorara[2]

Donde los x son los valores de delta de linealidad y el fondo de escala es el valor máximo de litros en 1 minuto y en una hora, los resultados fueron los siguientes:

Para calcular la inexactitud, usamos la siguiente ecuación: % inexactitud = | mi — qi |

Según la OMS(Organización Mundial de la salud) después de la lavadora y el inodoro la ducha está en el tercer puesto de las cosas que más gastan agua en el hogar en promedio una persona gasta 20lt/min Con esta cantidad de agua se puede generar energía que se almacene en un condensador que cargue una batería para luego ser usada en el hogar, hay diferentes tipos de generadores, dado a que el que se usó en este laboratorio, no es muy eficiente, pues la energía que nos proporciona estará dada por el voltaje y la corriente máxima que se halló y es:

Tabla 7: d elta de linealidad L/h.

Tabla 8: %  linealidad .

CONCLUSIONES

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El sensor YS-201 es un tipo de sensor que presenta características lineales pero solo si su entrada sea menor a 10 Litros/Minuto. Ya que de si la entrada es de esta forma se reduce considerablemente el porcentaje de error en la medición.

●

La tarjeta de adquisición de datos Arduino, nos fue muy útil para esta práctica, ya que pudimos obtener los pulsos medidos por el sensor y así digitalizarlos para realizar la conversión de estos a mediciones de caudal. El error presente en la medición práctica es posible que aumentara ya que como se tenía que medir el tiempo con un cronómetro la precisión pudo no ser muy buena, porque este cronómetro era accionado humanamente y por esto se le puede sumar un error humano al error total.

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IV.  R

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EFERENCIAS

[1].https://naylampmechatronics.com/blog/47_tutorial-sensor-de-flujo-de-agu a.html [2]https://www.fundacionaquae.org/blog/infografias/cuanta-agua-consume-laducha-minuto/...