DISEÑO Y CONTRUCCIÓN DE SISTEMA DE CONTROL DE NIVEL Y LLENADO DE UN TANQUE

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE SISTEMA PARA LA MEDICION DE LA VELOCIDAD DE UN FLUIDO,  CONTROL DE NIVEL Y LLENADO DE UN TANQUE

UNIVERSIDAD DE LOS LLANO-FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA

INTRUMENTACION ELECTRONICA II

VICTOR MANUEL MARTINE CUERVO-161002920

GERMAN EDUARDO POVEDA ROA-161002945

1. INTRODUCCION

El presente documento busca informar con cierta profundidad el proceso que se llevó a cabo durante el laboratorio realizado, Las labores estuvieron centradas en el desarrollo de un sistema  para la medición de la velocidad de un fluido, control del nivel y llenado de un tanque.

El flujo se puede encontrar en un gran porcentaje de procesos industriales ya que se presenta como una variable a controlar, por ejemplo en la mezcla de componentes líquidos bajo una determinada concentración de cada uno o como variable manipulada[5].

El caudal o tasa de flujo volumétrico de agua puede considerarse como una de las variables fundamentales en análisis de cualquier Hidrosistema, y aspecto clave de estudio en la modelación hidrológica y el diseño hidráulico, razón por la cual es necesario e indispensable establecer su valor como punto de partida para cualquier investigación en este campo.

Hoy en día es de vital importancia tanto para las industrias como para el hogar el mantener el control en todos los aspectos, pero aquí nos centraremos en dos cosas la velocidad de un líquido y el control de nivel de un tanque lo cual es común encontrarlo en los lugares anteriormente mencionados.

El control y automatización de procesos en la vida de los seres humanos esta a la orden del día y avanza tan rápidamente como la tecnología lo permite. La mayoría de las grandes empresas tienen sus procesos automatizados con el fin de estar a la vanguardia y al mismo tiempo ahorrar en mano de obra y sobre todo alta eficiencia en lo que al costo de oportunidad se refiere. Sin embargo, no solamente en las empresas es en donde se puede establecer un sistema de automatización. En los hogares es de gran utilidad tener ciertos procesos automatizados con el fin de dar más comodidad, conveniencia o seguridad. Este proyecto implementa un sistema que permite controlar el nivel de líquido que se encuentra en una cisterna, el dispositivo contiene menús controlados por un teclado [2].

En todas las industrias siempre se busca la automatización y el control de todos los procesos y de las empresas. En los sistemas de control automático, es de vital importancia que los dispositivos que actúan como elementos integradores del mismo, ofrezcan un nivel de seguridad que permita garantizar el desarrollo completo del proceso en ejecución en industrias tales como las alimenticias, textiles, refresqueras, manufactureras, comerciales, entre otras[1].

La velocidad del fluido se determina a través de un sensor resistivo, el que al detectar el cambio de la temperatura ambiente a la temperatura del paso del líquido y proporciona una salida que representa cuando ya cruzo el líquido por el sensor.

El nivel de líquido en el tanque se determina a través de un sensor resistivo, el que por medio de inserción en el líquido registra la temperatura de este y proporciona una salida que representa el nivel de líquido en el tanque.

Ya que son tan útiles tanto en la industria como en el hogar podemos encontrar distintas aplicaciones de ello como lo son:

-En industrias de aceiteras para el control del llenado de los tanques de reserva de aceite.

-En control de nivel para un tanque surtidor de agua y almacenador de energía térmica en procesos de lavado y tintorería.

-En controles de caudal de en distinta variedad de industrias.

1. MARCO TEORICO

Termistor: El termistor es una castellanización del inglés thermistor, formado a partir de los vocablos [thermally sensitive resistor (resistor sensible térmicamente)]. Son resistores variables con la temperatura, pero no están basados en conductores como las RTD, sino en semiconductores[3].

Si su coeficiente de temperatura es negativo se denominan NTC (negative temperature coefficient), mientras que si es positivo se denominan PTC (positive temperature coefficient).

El fundamento de los termistores está en la dependencia de la resistencia de los semiconductores con la temperatura, debida a la variación con esta del número de portadores. Al aumentar la temperatura lo hace también el número de portadores reduciéndose la resistencia, y de ahí que presenten coeficiente de temperatura negativo, esta dependencia varia con la presencia de impurezas y si el dopado es muy intenso, el semiconductor adquiere propiedades metálicas con coeficiente de temperatura positivo en un margen de temperatura limitado[3].

Termistores NTC:

Coeficiente de Temperatura Negativo (NTC) termistores son resistencias semiconductores térmicamente sensibles que presentan una disminución de la resistencia a medida que aumenta la temperatura absoluta. El cambio en la resistencia del termistor NTC puede llevarse a cabo ya sea por un cambio en la temperatura ambiente o internamente por auto calentamiento resultante de la corriente que fluye a través del dispositivo [4].

Las NTC se fabrican a base de mezclar y sintetizar óxidos dopados de metales como el níquel, cobalto, manganeso, hierro y cobre, que se encapsulan con epoxi o vidrio.

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Figura 1: Símbolo y Curva característica de  la NTC

La relación entre estos factores se puede apreciar en la siguiente expresión exponencial.

 [pic 2]

Donde:

Es la resistencia que se desea conocer a cierta temperatura[pic 3]

 Es la resistencia en la temperatura de referencia.[pic 4]

T Es la temperatura a medir en °K

 Es la  temperatura de referencia en °K[pic 5]

B Es el índice de sensibilidad del termistor.

Termistores PTC:

Los termistores PTC son resistencias (aumenta la temperatura, aumenta la resistividad) con un Coeficiente Temperatura Positivo y con un valor alto para dicho coeficiente[3].

Los termistores PTC  están fabricados con BaTiO3, usando un método similar al que se utilizó en la preparación de los termistores NTC, utilizando soluciones sólidas de BaTiO3. Electrones extras son aportados al dopar el material con iones con una valencia diferente. 
El uso de estos compuestos permite dos las alternativas para la preparación:

1. La sustitución de iones trivalentes tales como La 3+ o Bi 3+  
2. La sustitución de iones pentavalentes tales como Sb 5+ o Nb 5+. 

Ambos métodos dan resultados idénticos. Si la preparación se hacía con la ausencia de oxígeno, estos semiconductores se obtenían con un bajo coeficiente de temperatura de resistencia[3].

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Figura 2:  Símbolo y Curva característica de  la PTC

La relación entre estos factores se puede se expresa de la misma forma que la NTC.

Las aplicaciones de los termistores se pueden dividir entre las que están basadas en un calentamiento externo del termistor, que son todas las relativas a la medida, control y compensación de temperatura, y las que se basan en calentarlo mediante el propio circuito de medida[3].

Están entre las ultimas las medidas de caudal, nivel y vacio y el análisis de la composición de gases, todos estos son casos en que varia la conductividad térmica del medio alrededor del termistor, y también el control automático de volumen y potencia, la creación de retardos de tiempo y la supresión de transitorios[3].

2.1. ACONDICIONAMIENTO DE               SEÑAL

Para la determinación del valor de la resistencia, se pueden utilizar tres tipos diferentes de montaje. El procedimiento más sensible y de mayor precisión es el de tipo potenciométrico que utiliza dos fuentes de alimentación de corriente estabilizada para alimentar las dos ramas del potenciómetro. En serie con la resistencia a determinar se conecta una resistencia de precisión conocida previamente. Este método es el más preciso de los que vamos a describir porque es un método de cero, con lo que la medida realizada elimina los errores que puedan introducir los conductores de conexión al sensor de platino, pero para ello es necesario que esta resistencia tenga conectados cuatro hilos, dos para la corriente y dos para la lectura de tensión [3].

[pic 7]

Figura3: Método potenciométrico de medida de la resistencia Rs

El segundo procedimiento para realizar esta medida, y también el que iría en segundo lugar en cuanto a precisión, sería el método de medida de resistencias con el puente de Wheatstone, utilizando resistencias de dos, tres o cuatro hilos.

2.1.1. Montaje de dos hilos

La sonda de resistencia se conecta a uno de los brazos del puente. Es el montaje más sencillo, pero presenta el inconveniente de que la resistencia de los hilos a y b de conexión de la sonda al puente varía cuando cambia la temperatura y esta variación falsea por los tanto la indicación de temperatura; aunque estos hilos sean de baja resistencia y esta sea conocida, las longitudes que puede haber en entre la sonda y el panel donde esté el instrumento receptor, añaden una gran resistencia al brazo de la sonda

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