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• Eduardo Tapia

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Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Azcapotzalco

 P r oye ct o- “ Indi c ador de Ni ve l de Li qui do” El ectrón i ca de Poten ci a

 Cervantes Villegas Juan Gabriel 5MM3

 Tapia Cruz Ángel Eduardo

Prof.: Rodríguez Paredes Salvador Antonio OBJETIVO 

Aplicación de los conocimientos aprendidos durante el curso



Homogeneizar conocimientos teóricos y prácticos en la realización de un proyecto

INTRODUCCIÓN Los sensores de medición de nivel son parte integral del control de proceso en muchas industrias y caen en dos tipos principales. Los sensores de medición de nivel puntuales se usan para marcar una sola altura de líquido separada: una condición de nivel preestablecida. En general, este tipo de sensor funciona con una alarma alta, y señala una condición de desbordamiento, o un marcador para una condición de alarma baja. Los sensores de nivel continuos son más sofisticados y pueden proporcionar monitoreo de nivel para todo un sistema. Miden el nivel de fluido dentro de un rango, en lugar de un punto, y producen una salida analógica que se correlaciona directamente con el nivel en el recipiente. Para crear un sistema de administración de nivel, la señal de salida se vincula con un ciclo de control de proceso y un indicador visual.

ANTECEDENTES Hasta el momento los conocimientos en nuestro territorio relacionados a la manera de cómo medir pequeños y grandes depósitos de agua están vinculados al uso de una vara ya sea de metal o de madera dependiendo de la profundidad del depósito o sino si dicho deposito es transparente o translucido y solo si se puede apreciar dicho nivel. Otro método del que obtuvimos conocimiento es el uso de una soga con una piedra atada de

un costado a la cual se le hacían nudos indicando la cantidad de metros o varas que se sumergía la roca en los pozos o tanques de almacenamiento.

CONOCIMIENTOS PREVIOS Debemos tener claro que existen diferentes tipos de indicadores de nivel de líquido a continuación enunciamos algunos: 1. Nivel por transparencia: En esta construcción el líquido se desplaza entre dos cristales transparentes permitiendo una visualización de la interface y en consecuencia una indicación evidente del nivel. Los indicadores

de

cristales

transparentes están disponibles en versiones de doble ventana para el rango hasta PN1 100 y constituyen la

solución

aplicaciones

idónea de

vapor

para con

presiones superiores a 35 bar. En este caso se utilizan cristales mica para la protección contra el agua de la caldera. También son aplicables en numerosas aplicaciones, por ejemplo, para la monitorización de interface. Para mejorar la visibilidad estos indicadores pueden equiparse con una iluminación de fondo. 2. Nivel por reflexión: El principio fundamental del cristal indicador réflex se basa en la reflexión de la luz exterior. En la fase de vapor o de gas, la luz se refleja en las ranuras prismáticas para conseguir una indicación clara. En la fase de líquido, se 1 La presión nominal es la presión máxima de agua para la cual la tubería o accesorio se ha diseñado.

absorbe

la

luz

produciendo un contraste oscuro. Los indicadores réflex están disponibles en ejecuciones con caja para

la

presión

hasta

PN25 y con tapa para la presión hasta PN100. Existen versiones más idóneas y económicas para aplicaciones de vapor hasta 35 bar que presentan numerosas aplicaciones en la industria de proceso. 3. Medida de nivel magneto-restrictivo: Los sensores de nivel son adecuados para la transmisión continua del nivel de líquidos y basan su medición de la

posición

flotador sobre

de

un

magnético el

principio

magneto-restrictivo. La medición

se

inicia

mediante un impulso eléctrico. La corriente produce en un hilo en el interior del tubo de la sonda en material magneto-restrictivo un campo magnético circular. En el lugar de medición (nivel) se encuentra un flotador con imán permanente actuando como transmisor de posición. Este campo provoca una distorsión del hilo. La interposición de dos campos magnéticos induce una onda magnética en el hilo. Esta se convierte en el terminal del hilo en una señal eléctrica mediante un transformador piezocerámico. La medida del periodo de movimiento permite el cálculo del punto de partida de la onda y por lo tan to la ubicación del flotador con alta precisión. 4. El método Bypass: Un flotador situado en un tubo Bypass se desplaza con el nivel del líquido. El sistema magnético ubicado en la altura del flotador actúa con

su

campo

magnético

simultáneamente sobre el indicador de rodillos, sobre los elementos de interrupción y de medición.

5. Transmisor de nivel: Los sensores funcionan mediante flotadores con transmisión magnética. El sistema magnético del flotador actúa sobre una cadena de resistencias, que corresponde a un conexionado de interrupción potenciométrico. La resistencia es proporcional con la altura de nivel. La cadena de resistencias va montada en un circuito formado por un conjunto de resistencia. La señal varía en intervalos pequeños desde 5 a 18 mm. 6. Flotador magnético: Un flotador con imán incorporado se traslada con el nivel, montado en un tubo con uno o varios contactos Reed incorporados. El imán actúa sobre los contactos en las posiciones de interrupción previamente configuradas permitiendo la monitorización de distintos niveles. El sencillo y probado principio de funcionamiento permite un amplio espectro de aplicaciones. Además, realiza s u función sin efectos de burbujas, conductividad, di electricidad,

presión,

vacío,

temperatura,

vapor,

condensación, burbujas, ebullición y vibraciones.

EQUIPO A UTILIZAR

A. Fuente de alimentación de 9 V. B. Placa de Pruebas (Protoboard) C. Cuatro Resistencias de 1KΩ. D. Cuatro Resistencias de 4.7KΩ. E. Cuatro Diodos Leds (De diferente color) F. Cuatro Transistores 2N2222A. G. Cables para conectar

DESARROLLO 1. Conectamos el emisor en el polo negativo del circuito uniendo con los cables cada pata de Emisor con Emisor. 2. Conectamos a la base de cada transistor las resistencias de 4.7 KΩ 3. Respectivamente unimos un cable largo a la salida de la resistencia que irán enrollados hacia el deposito que contendrá el agua con sus respectivos niveles 4. Luego conectaremos cada uno de los diodos Leds en cada uno de los colectores del transistor 5. Siguiendo en serie instalamos cada una de las resistencias de 1KΩ hacia la parte cargada positivamente en el circuito 6. Además, se instala un cable cargado positivo hacia el utensilio para que interactúe con el circuito. 7. Después de realizar todo este procedimiento y de asegurarse que todo el circuito está conectado correctamente se procede a agregar agua para ver su funcionamiento.

CALCULOS De la hoja de datos tenemos los rangos máximos. Ic= 600 mA VEB=6V VCB =75 V VCE= 40 V VBB= 9 V Calculando

I B=

V BB 9V = =1.91 mA r B 4.7 KΩ

I E =I B+ I C =1.91mA + 600 mA=601.91 mA=0.60191 A

α=

IC 0.6 A = =0.996 ≈1 I E .60191 A

β=

α .996 = =249 1−α 1−.996

r E=

V BB −( r B∗I B ) −V BE IE

=

3 −3 9 V −[ ( 4.7 x 10 )∗( 1.91 x 10 ) ]−6 =9.93Ω 0.60191

CONCLUSIONES Logramos aplicar los conocimientos adquiridos en clase de electrónica de potencia para el diseño de este proyecto. Diseñamos un circuito que tiene o podría tener mucha utilidad en la vida diaria ya que los sensores de nivel de agua trabajan midiendo directamente la altura del líquido sobre una línea de referencia. Este circuito es de gran utilidad no solo para la industria si no para todas las personas que deseen tecnificar y tener mejor control del almacenamiento de agua en su casa, empresa o microempresa.

Fue un poco complicado obtener los cálculos de este circuito ya que no hicimos un circuito parecido en clase, pero con las bases de la teoría que vimos en clase nos dimos una idea de cómo empezar a hacer el proyecto.

BIBLIOGRAFIA  Electrónica de potencia, circuitos, dispositivos y aplicaciones, M. H. Rashid 2nd ed.,Prentice Hall, 1995  Boylestad, R. y Nashelsky L. (2009). Electrónica, Teoría de circuitos (8ª Ed.). México. Pearson Educación.  https://www.altecdust.com/productos/controles-de-nivel/liquidos/  Mecánica de Fluidos - Robert Mott 6ta Edicion