Sistema de Control para Nivel de Agua PDF

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Sistema de control de Nivel de agua Universidad De Cundinamarca. Digitales ll Héctor Javier Vega, Esther Ramos Arias, Elizabeth Vargas.

Resumen—Este laboratorio muestra que por medio de un microcontrolador se pueden hacer numerosas aplicaciones. En este caso se mostrarán los materiales que permitieron hacer un sistema de control de nivel de agua. Además, se mostrará la practica las experiencias que tuvimos, esquemas, diagramas de flujo. Los elementos usados fueron: voltímetros, fuente de 12-20v, placa Arduino, driver puente H. Abstract-- This laboratory shows that through a microcontroller many applications can be made. In this case the materials that allowed to make a water level control system will be shown. In addition, it will show the practice the experiences we had, diagrams, flow charts. The elements used were: voltmeters, 12-20v source, Arduino board, H bridge driver.

1. INTRODUCCIÓN Este trabajo es una interesante práctica de la cual se pueden intuir bastantes aplicaciones. Además, se mostrará todos los implementos algunos esquemas, diagramas. En un principio se quiere mostrar cómo hacer proyectos que tienen bastantes usos en la industria. también saber que como funciona el microcontrolador de una placa ARDUINO que es clave para realizar todo este proceso. En este caso se usó un módulo sensor de agua el cual por medio de una entrada análoga del ARDUINO tomaba datos los cuales por medio de la programación activan la válvula una electroválvula de 12 a 1A , todo esto con el fin de no dejar rebasar el agua del recipiente mantenerlo en el mismo nivel. 2.

4.

CONTROLES DE NIVEL PARA TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE AGUA

Los controles del nivel máximo del agua en un tanque de almacenamiento tienen la doble función de garantizar la seguridad de las estructuras y de evitar el desperdicio de agua. El control del nivel máximo se hace mediante un sensor de nivel conectado en alguna forma, ya sea mecánica o electrónica con la operación de una válvula a la entrada del tanque. Como todo mecanismo siempre puede fallar en el momento de su operación, es importante que el tanque disponga de un sistema de seguridad de funcionamiento totalmente automático como por ejemplo un vertedero libre, eventualmente conectado con una alarma. El control del nivel mínimo del agua tiene la función de garantizar el buen funcionamiento del sistema evitando la entrada de aire en la tubería que se encuentra aguas abajo del tanque, como por ejemplo en la red de distribución de agua, o en la succión de la o las bombas. En este caso también el sistema está compuesto por un sensor de nivel conectado a una alarma, para que el operador intervenga, o en sistemas más sofisticados, el sensor actúa directamente, para aumentar la entrada de agua al tanque.

SISTEMA DE CONTROL PARA NIVEL DE AGUA

Los controles de nivel son dispositivos o estructuras hidráulicas cuya finalidad es la de garantizar el nivel del agua en un rango de variación preestablecido. Existen algunas diferencias en la concepción de los controles de nivel, según se trate de: canales; plantas de tratamiento; tanques de almacenamiento de agua o un embalse. 3.

CONTROL CANALES

DE

NIVEL

DE

AGUA

PARA

Los controles de nivel son dispositivos o estructuras hidráulicas cuya finalidad es la de garantizar el nivel del agua en un rango de variación preestablecido. Existen algunas diferencias en la concepción de los controles de nivel, según se de tratamiento; tanques de trate de: canales; plantas almacenamiento de agua o un embalse.

Figura 1. Ilustración Regulador de Caudal

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5.

CONTROL DE NIVEL EN UN EMBALSE

El control de nivel de un embalse es fundamental para garantizar la seguridad de la presa y de las poblaciones situadas el valle, aguas abajo. El control del nivel máximo del agua en los embalses se puede efectuar mediante compuertas operadas según reglas de operación bien precisas y generalmente testadas en modelos reducidos antes de la construcción del embalse, para que los incrementos bruscos de caudal aguas abajo no erosionen las márgenes ni causen problemas a las estructuras allí existentes. Sin embargo, en la gran mayoría de los embalses existe también un vertedero de solera libre. 6.

SENSOR DE AGUA

El sensor de agua lo podemos utilizar en Arduino o en placas basadas en Arduino como puede ser la BQ Zum Core o kits de robótica educativa como mBot de Makeblock. Está diseñado para la detección de agua y se puede usar para confirmar la presencia de lluvia, nivel de agua en un determinado punto o alerta por fuga de agua. Básicamente el sensor de agua se compone de un conector, un bloque resitivo de 1 MΩ y una serie de líneas conductivas. Las lineas conductivas si detectan agua cierran el circuito interno dando una caída de tensión que podemos leer por el pin de señal. Aunque dicho así puede parecer complicado de entender quiero que te quedes con la idea de que el sensor de agua nos va a devolver una tensión «baja» mientras no haya agua ya que simplificando leemos la tensión puesta a masa. Pero si hay agua entre las líneas conductivas el circuito se conecta y tendremos una tensión «alta». Por decirlo así el agua va a funcionar como un interruptor conectando el circuito. En teoría el sensor de agua podría servir para leer un nivel de agua variando a lo largo de sus láminas conductoras de manera que conectado a una entrada analógica nos devolverá diferentes valores de tensión dependiendo de la cantidad de agua que cubra la zona de láminas paralelas. La realidad es que la variación de la señal es muy grande entre que el sensor de agua esté completamente seco y que le caiga una pequeña gota de agua, pero hay muy poca variación entre detectar una gota o que esté completamente cubierto de agua, por eso os recomiendo usar este sensor de agua únicamente para detectar en modo todo/nada, es decir presencia de agua o no, independientemente de que sea mucha o poca. Precisamente por ese modo de trabajo tan característico y por sus niveles de tensión de salida vamos a poder conectarlo a una entrada digital de nuestra placa Arduino o compatible. Su corriente es menor de 20mA y su voltaje de salida no es superior de 4,2V.

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operación

Figura 2. Módulo sensor de agua

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ELECTROVÁLVULA DE PLÁSTICO 12V 1/2'' SIN PRESIÓN NOTA: Esta electroválvula no funciona con red domiciliaria ya que la presión es grande y la electroválvula no funciona correctamente, el solenoide está diseñado para trabajar con gravedad, con presiones pequeñas. Válvula solenoide de plástico normalmente cerrada. Esta puede ser instalada en cualquier ángulo, pese a ello, se recomienda posicionarla en dirección horizontal. Se utiliza para controlar automáticamente el flujo de agua, trabaja con un voltaje de 12V. Pese a su pequeño tamaño, es bastante práctica, puesto que alcanza un buen nivel de presión llegando hasta 0.2Mpa cuando el agua ingresa a este dispositivo. 8.

CARACTERÍSTICAS:

Marca

FUDI

Medio de funcionamiento

Agua

Voltaje de operación

12VDC

Modo de operación

Acción directa

Tipo de accionamiento

Normalmente cerrada

Tamaño de puerto

10.5 mm

Presión salida de agua

0Mpa~0.2Mpa

Temperatura de

-5°C~+60°C

Figura 3. Electroválvula 12v DC de 0-0.2 Mpa

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PUENTE DE H

El puente H es un circuito electrónico que permite a un motor eléctrico DC girar en ambos sentidos, avanzar y retroceder. Los puentes H ya vienen hechos en algunos circuitos integrados, pero también se pueden construir a partir de componentes eléctricos y/o electrónicos. Un puente H se construye con 4 interruptores (mecánicos o mediante transistores). Cuando los interruptores S1 y S4 están cerrados ( S2 y S3 abiertos ) se aplica una tensión haciendo girar el motor en un sentido. Abriendo los interruptores S1 y S4 (cerrando S2 y S3 ), el voltaje se invierte, permitiendo el giro en sentido inverso del motor.

Figura 4. Esquema Puente H

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Un puente H no solo se usa para invertir el giro de un motor, también se puede usar para frenarlo de manera brusca, al hacer un corto entre los bornes del motor, o incluso puede usarse para permitir que el motor frene bajo su propia inercia, cuando desconectamos el motor de la fuente que lo alimenta. básicamente se puede hacer esto tomando en cuenta la siguiente tabla.

Figura 5. DRIVER Puente H L298 Tabla 1. Control de DRIVER puente H L298

10. PLACA DE ARDUINO (MEGA 2560)

La forma más común de hacer un puente H es usando interruptores de estado sólido (son llamados transistores), puesto que sus tiempos de vida y frecuencias de conmutación son mucho más altas. En convertidores de potencia es impensable usar interruptores mecánicos, dado sus especificaciones tan embonadles a los requerimientos. Además, los interruptores se acompañan de diodos que permitan a las corrientes circular en sentido inverso al previsto cada vez que se conmute la tensión puesto que el motor está compuesto por bobinados que durante varios períodos de tiempo se opondrán a que la corriente varié. Figura 6. ARDUINO MEGA 2560 R3 El Arduino Mega 2560 es una placa de desarrollo basada en el microcontrolador ATmega2560. Tiene 54 entradas/salidas digitales (de las cuales 15 pueden ser usadas como salidas PWM), 16 entradas analógicas, 4 UARTs, un cristal de 16Mhz, conexión USB, jack para alimentación DC, conector ICSP, y un botón de reinicio. MICROCONTROLADOR ATmega 2560(características) El microcontrolador basado en AVR RISC Microchip de 8 bits de alto rendimiento y bajo consumo combina 256KB de memoria flash ISP, 8KB SRAM, 4KB EEPROM, 86 líneas de E / S de propósito general, 32 registros de trabajo de propósito general, contador de tiempo real, seis temporizadores flexibles / contadores con modos de comparación, PWM, 4 USART, interfaz serial de 2 hilos orientada a bytes, convertidor

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A / D de 16 canales y 10 bits, y una interfaz JTAG para depuración en chip. El dispositivo alcanza un rendimiento de 16 MIPS a 16 MHz y opera entre 4.5-5.5 voltios. Al ejecutar potentes instrucciones en un solo ciclo de reloj, el dispositivo alcanza un rendimiento cercano a 1 MIPS por MHz, equilibrando el consumo de energía y la velocidad de procesamiento. 11. DIAGRAMA DE FLUJO

12. CONCLUSIONES  La electroválvula en su hoja de características indica que para su buen funcionamiento requiere 12V, pero, al conectarle una fuente exacta de 12V, tiene fallos, por lo tanto, el circuito recibe 18V, concluimos que hay cargas parasitas que consumen cierto voltaje en el motor, por lo tanto, requiere más voltaje para hacerlo estable.  El sensor de agua no tiene una sensibilidad muy exacta al medir los valores análogos, fallaba con el solo rozamiento del agua o si se le ponía agua, para hacer esto mas exacto al programa, se puso un promedio de 100 datos, así el valor era mas estable en HIGH y LOW.  Se tuvo en cuenta que la válvula se energizara a penas sintiera el contacto con el agua, de esta forma garantizamos que, si se llena de forma rápida, pueda responder de igual forma desocupando el tanque.  Ya que el laboratorio, es manejado con agua, se tuvieron precauciones con los cables, cualquier podría generar un corto circuito que dañaría el Arduino y los demás componentes.  Para alimentar el puente H se utilizó una fuente de voltaje externo, ya que el Arduino no es capaz de entregarle el voltaje y la corriente requerida para su funcionamiento y para la alimentación del Driver.

13. REFERENCIAS

https://store.arduino.cc/usa/mega-2560-r3 https://www.ingmecafenix.com/electronica/puente-hcontrol-motores/ https://www.vistronica.com/valvulas/electrovalvula-deplastico-12v-1-2-sin-presion-detail.html

https://www.vistronica.com/sensores/modulo-sensorde-agua-detail.html https://juegosrobotica.es/sensor-de-agua/ https://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/5113/1/T 2298.pdf https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2017/09/03 /microcontroladores-arduino-a-fondo/...