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CONTENIDO ..................................................................................................................................................... 1 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................................................... 9 2. OBJETIVOS DEL PROYECTO..................................................................................................................... 11

2.1 OBJETIVO GENERAL ......................................................................................................................... 11 2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS .................................................................................................................. 11

3. MARCO TERICO ................................................................................................................................... 12 3.1 BATOLITO COSTANERO .................................................................................................................... 12 3.2 AGUAS RESIDUALES ......................................................................................................................... 14

3.2.1 TRATAMIENTO AVANZADO DE AGUAS RESIDUALES PARA RIEGO .............................................. 14 3.2.2 TRATAMIENTO MEDIANTE OZONO ............................................................................................. 16

3.3 MICROCONTROLADOR ................................................................................................................... 18 3.3.1 PIC 18F4550 ................................................................................................................................. 18 3.3.2 DIAGRAMA DE PINES ................................................................................................................... 19 3.3.3 ESTRUCTURA INTERNA ................................................................................................................ 20 3.3.4 BANCOS DEL REGISTRO DE CONTROL .......................................................................................... 21

3.4 SENSORES DE MEDICIN ................................................................................................................. 22 3.4.1 SENSORES DE MEDICIN DE NIVEL.............................................................................................. 22 3.4.2 SELECCIN DEL SENSOR DE MEDICIN DE NIVEL ....................................................................... 23 3.4.3 METODOS QUE PROPORCIONAN UNA MEDIDA DE NIVEL DE RANGO COMPLETO .................... 25 3.4.4 CALIBRACIN DE LOS SISTEMAS DE MEDICIN DE NIVEL ........................................................... 27

3.5 SENSORES DE FLUJO O CAUDAL ...................................................................................................... 28 4. METODOLOGIA DEL PROYECTO ............................................................................................................. 35

4.1 FUNDAMENTO TERICO ................................................................................................................. 35 4.2 DESARROLLO DEL PROCESO DE TRASLADO Y ALMACENADO ......................................................... 36 4.3 DESARROLLO DEL PROCESO DE TRATAMIENTO .............................................................................. 37

5. DESARROLLO DEL PROYECTO ................................................................................................................. 38 5.1 ESTACIN DE BOMBEO.................................................................................................................... 38 5.2 CONDUCCIN DE IMPULSIN ......................................................................................................... 41 5.3 RESERVORIO EN ZONA ALTA ........................................................................................................... 42

6. DESCRIPCIN DEL PROYECTO DE AUTOMATIZACIN ........................................................................... 45 7. ELEMENTOS A INSTALAR ........................................................................................................................ 48

7.1 BOMBAS ........................................................................................................................................... 48 7.2 VALVULAS ........................................................................................................................................ 49 7.3 ARRANCADORES .............................................................................................................................. 50 7.4 ELECTROVALVULAS .......................................................................................................................... 50 7.5 MEDIDOR DE NIVEL ......................................................................................................................... 52 7.6 MEDICIN POR ULTRASONIDO ....................................................................................................... 53 7.7 CAUDALMETRO ............................................................................................................................... 54 7.8 MEDIDOR DE TEMPERATURA .......................................................................................................... 54 7.9 DETECTOR DE NIVEL ABSOLUTO ..................................................................................................... 56 7.10 DETECTOR DE VIBRACIN ............................................................................................................... 57 7.11 SELECCIN DEL MICROCONTROLADOR PROGRAMABLE ................................................................ 58

7.11.1 CONFIGURACIN DEL MICROCONTROLADOR ........................................................................... 59

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7.11.2 VENTAJAS DEL MICROCONTROLADOR ...................................................................................... 60 8. ESQUEMAS DEL SISTEMA ....................................................................................................................... 60

8.1 ESQUEMA DEL CIRCUITO ................................................................................................................. 61 8.2 DIAGRAMA DE FLUJO PARA EL SOFTWARE DEL CONTROL DE LAS BOMBAS .................................. 62 8.3 USO DEL STOP .................................................................................................................................. 62

9. ESTRUCTURA DE DESGLOSE DE ACTIVIDADES ....................................................................................... 63 10. ANLISIS DE RIESGOS ............................................................................................................................. 64 11. CONCLUSIONES ...................................................................................................................................... 65 12. RECOMENDACIONES .............................................................................................................................. 66 13. BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................................................... 67

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LISTA DE GRAFICAS

Grfica 1.1: Crecimiento de la laguna artificialpag.9 Grfica 1.2: Vista Satelital de San Camilo Arequipapag.10 Grfica 3.1: Batolito costanero..pag.12 Grfica 3.2: Cantidad de agua por ao.pag.14 Grfica 3.3:Crecimiento vs consumo.pag.14 Grfica 3.2: Proceso del tratadopag.17 Grfica 3.3: pines del Micro controlador 18F4550 (40 pines)..pag.20 Grfica 3.4: Estructura interna del uC 18F4550pag.21 Grfica 3.5: Bancos de registros del uC 18F4550...pag.22 Grfica 3.6: Posicionamiento de los sensores..pag.27 Grfica 3.7: Sensores de nivel basados en ultrasonidopag.27 Grfica 3.8: Flujo Msico..pag.30 Grfica 3.9: Tubo Venturi..pag.31 Grfica 3.10: Tubo de flujo de Dall...pag.32 Grfica 3.11: Tubo Pitot.pag.32 Grfica 3.12: Creacin de vrtices en un tubo..pag.33 Grfica 3.13: Flucmetro electromagntico.pag.34 Grfica 3.14: Flucmetro de ultrasonido...pag.35 Grfico 4.1: Esquema general de la metodologa de investigacin del proyecto.pag.36 Grfico 4.2: Esquema del Desarrollo de Fundamento Terico.......pag.36 Grfica 4.3: Esquema del Desarrollo del proceso de Traslado y Almacenado.pag.37 Grfica 4.4: Esquema del Desarrollo del Proceso de Tratamiento....pag.38 Grfica 5.1: Vista Frontal de la Estacin de Bombeo....pag.39 Grfica 5.2: Vista Superior de la Estacin de Bombeo..pag.40 Grfica 5.3: Vista lateral de la Estacin de Bombeo...pag.41 Grfica 5.4: Posicin geogrfica del reservorio....pag.44 Grfica 6.1: Esquema general del Sistema de Bombeo...pag.46 Grfica 6.2: Panel de Control....pag.46 Grfica 7.1: Bombas....pag.48 Grfica 7.2: Vlvulas....pag.49 Grfica 7.3: Arrancadores...pag.50 Grfica 7.4: Electrovlvulas...pag.51 Grfica 7.5: Transmisor de nivel Ultrasnicos PROSONIC FMU 860..pag.52 Grfica 7.6: Sensor Ultrasnico tipo PROSONIC FDU80-RG1Apag.53 Grfica 7.7: Caudalmetro.pag.54 Grfica 7.8: Termistor con coeficiente de temperatura positivo (PTC)..pag.55 Grfica 7.9: Convertidor de temperatura programable MCR.pag.56 Grfica 7.11: Diagrama de Pines del Encapsulado del uC...pag.60 Grafica 8.1 esquema elctrico..pag.62 Grafica 8.2 diagrama de flujo.pag.63 Grafica 8.3 diagrama de flujo....pag.63

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LISTA DE TABLAS

Tabla 3.1 Caractersticas del uC 18F4550..pag 19

Tabla 3.2: Correcta eleccin de los sensores..pag 25

Tabla 3.3: Medidores de nivel de lquidospag 28

Tabla 7.1: Caractersticas del detector de nivel absoluto..pag.56

Tabla 7.2: Seleccin y funciones del microcontroladorpag.58

Tabla 7.3: Periferia Integrada del uC 18F4550..pag.60

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RESUMEN

El siguiente problema, nace por el nacimiento de la laguna en el sector de San Camilo, causada

por las filtraciones de la irrigacin de La Joya Nueva, que afecta tanto al terreno como a la

estructura urbana, tales son como la carretera Mollendo Arequipa, postes de alumbrado. El

proyecto consiste en redirigir el agua de la laguna mediante un sistema de bombeo utilizando PLC

el cual nos permitir trasladar esta agua hacia un reservorio en donde se tratar la salinidad para

poder aplicarla al riego en la zona. El sistema a utilizar controlar el flujo del agua hacia el

reservorio y monitorear el nivel de este para su distribucin hacia el sector a regar.

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ABSTRACT

The following problem arises in the birth of the lagoon in the area of San Camilo, caused by

seepage irrigation of La Joya Nueva, affecting both the field and the urban structure such are as

Mollendo road Arequipa, light poles. The project is to redirect water from the lagoon by a

pumping system using PLC which will allow us to bring this water into a reservoir where desalinate

this for apply irrigation in the area. The control system using the flow of water into the reservoir

and monitor the level of this for distribution to the irrigate sector.

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INTRODUCCIN

Con el objeto de evaluar los efectos ambientales y de transitabilidad que est originando esta

Laguna Artificial, ubicada geogrficamente en la Irrigacin San Camilo, que abarca las

jurisdicciones de los distritos de la Joya y provincia de Islay.

Esta laguna se form hace varios aos atrs, por las captaciones de agua proveniente de los

asentamientos 5, 6 y 7 de la Irrigacin San Camilo para esto redigiremos el agua de la laguna

mediante un sistema de bombeo utilizando PLC el cual nos permitir trasladar esta agua hacia un

reservorio en donde se tratar la salinidad para poder aplicarla al riego en la zona.

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PRELIMINARES

El presente trabajo de investigacin presenta el diseo e implementacin de un sistema de

almacenamiento de las filtraciones de la irrigacin de La Joya Nueva en la zona de San Camilo

para su tratamiento mediante la medicin continua del nivel de agua mediante sensores y

Microcontroladores. Ello implica el desarrollo de hardware y software que permita justificar y

sustentar los objetivos trazados.

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Desde hace alrededor de 20 aos se viene presentando las filtraciones producidas por la

irrigacin de San Camilo La Joya Nueva, ests filtraciones han encontrado un camino

subterrneo que no ha podido llegar al mar debido a la existencia de un batolito costanero

(muralla de piedra subterrnea) que hay en la costa, estas se juntaron en la superficie, formando

as una laguna artificial posicionada en la carretera Panamericana Sur en el kilmetro 14 y 15. El

crecimiento que ha tenido esta laguna artificial se presenta en las siguientes grficas.

Grfica 1.1: Crecimiento de la laguna artificial

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Grfica 1.2: Vista Satelital de San Camilo Arequipa

Actualmente esta laguna artificial tiene un tamao de 130 hectreas, y sigue mostrando un

crecimiento diario, la cual ha removido el asfalto de la carretera Panamericana Sur, evitando as

el paso de buses y camiones.

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2. OBJETIVOS DEL PROYECTO

2.1 Objetivo General:

Elaboracin de documentos que orienten al planeamiento para la instalacin de un Sistema de Control y Automatizacin para el almacenamiento y tratado de aguas residuales en el sector de San Camilo Irrigacin La Joya Nueva.

2.2 Objetivos Especficos:

Recopilacin de informacin sobre el crecimiento anual de la laguna formada por las

filtraciones.

Determinar la ubicacin adecuada para la ubicacin de la estacin de bombeo y del

reservorio.

Definir las especificaciones tcnicas mnimas del equipo de bombeo vlvulas,

filtros.

Definir las especificaciones tcnicas mnimas del equipo de control en el reservorio

caudal, sensor de nivel.

Definir especificaciones tcnicas de los medidores de salinidad para su lixiviacin -

tratamiento (smosis inversa).

Descripcin de la instalacin y funcionamiento del equipo de control y bombeo

(vlvula, caudal, sensor de nivel, etc.)

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3. MARCO TERICO

3.1 Batolito Costanero

El batolito de la costa es una intrusin mltiple y compleja formada predominantemente por tonalitas y granodioritas que ocupan el ncleo de la cordillera occidental. Tiene 1,600 Km de largo y ms de 65 Km de ancho sumado los plutones aislados que se extienden en el alineamiento plutnico desde Chile al Ecuador, la longitud alcanza 2,400 Km. Desde el punto de vista de su composicin el Batolito de la Costa ha sido dividido en cinco segmentos: Piura, Trujillo, Lima, Arequipa y Toquepala.

Para el segmento de Arequipa, segn Jenks y Harrison (1,979), gabrodiorita: 7%, tonalita: 55%, granodiorita y monzonita: 32%, granito: 4%.

Esta muralla de piedras sirve como una capa impermeable que hace que el agua de las filtraciones no llegue o desemboque en el marco, haciendo que esta se acumule en la laguna artificial.

Grfica 3.1: Batolito costanero

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Desarrollo de los clculos de los datos por Ao

DATOS

Profundidad de la laguna = 1.5 m aprox.

1 m3 = 1 000 L

1 Km2 = 1 000 000 m2

1 Ha = 10 000 m2

1 topo = 1/3 Ha = 3333.33 m2

SAN CAMILO

rea = 27.47 Km2 = 27 470 000 m2

1 500 habitantes * 70 L = 105 000 L por da

105 000 L * 365 das = 38 325 000 L al ao

TAMAO ACTUAL (INICIOS 2014)

rea = 130 Ha = 1 300 000 m2

Volumen = 1 300 000 m2 x 1.5m = 1 950 000 m3

Litros = 1 950 000 000 L

CRECIMIENTO ANUAL

rea = 30 Ha = 300 000 m2

Volumen = 300 000 m2 x 1.5m = 450 000 m3

Litros = 450 000 000 L

RIEGO (4 Hrs.)

360 L --- 10 000 m2

X L --- 27 470 000 m2

==> 988 920 L

Para regar todo San Camilo se necesita 988 920 L cada vez.

DAS DE RIEGO

1 Ao = 52 semanas

Se riega tres veces por semana

=> 1 Ao se riega 156 veces

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AGUA/AO

Regando tres veces por semana

988 920 L x 156 = 154 271 520 L

GASTO AGUA ANUAL

154 271 520 L + 38 325 000 L = 192 596 520 L

AGUA SOBRANTE

450 000 000 L - 192 596 520 L = 257 403 480 L

Grfica 3.2: Cantidad de agua por ao

Grfica 3.3: Crecimiento vs consumo

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3.2 Aguas Residuales

En el presente proyecto, el agua a utilizar es el agua proveniente de las filtraciones de la irrigacin de San Camilo La Joya Nueva.

El agua que encontramos en la Naturaleza lleva disueltas, o en suspensin, determinadas sustancias adquiridas a lo largo del recorrido de parte de su ciclo, en la superficie o en el interior de la Tierra. Pero, adems de los compuestos de origen natural, existen otros que tienen su origen en sustancias de desecho producidas como consecuencia de la actividad humana, bien arrojadas directamente al agua, usndola como vehculo para eliminar productos molestos, bien llegadas a ella como consecuencia del lavado por el agua de zonas que las contenan.

Pueden definirse las aguas residuales como el conjunto de aguas que lleva elementos extraos, bien por causas naturales, bien provocadas de forma directa o indirecta por la actividad humana.

Una buena medida para la disminucin del consumo indiscriminado, consiste en recurrir a la reutilizacin de aguas residuales para llenado de acuferos, riego de cultivos o jardines, procesos industriales, aguas de bao, recreo y otros usos. Los pases avanzados en estos ltimos aos llevan un plan que les permitir reutilizar el agua para riego de zonas verdes.

3.2.1 Tratamiento avanzado de aguas residuales para riego

Una estacin depuradora de aguas residuales (EDAR), se llevan a cabo en menor tiempo y en un espacio ms reducido.

Este tratamiento comprende varios procesos bsicos:

a) Pre-tratamiento: Tiene como objetivo eliminar de las aguas residuales todos aquellos elementos de diferente tamao, que por su accin mecnica, pueden afectar al funcionamiento del sistema depurador, as como las arenas y elementos minerales que pueden originar sedimentaciones y/o abrasiones a lo largo de las conducciones o elementos mecnicos de la instalacin.

Un conjunto de rejas, finas y gruesas, con mayor o menor separacin, constituye el mecanismo para conseguir el desbaste de los materiales arrastrados por el agua residual. Los desarenadores son bsicamente canales en los que se reduce la velocidad del agua, permitiendo la sedimentacin de las partculas ms pesadas.

b) Tratamiento primario: El proceso fsico-qumico, en el cual, mediante la adicin de determinados compuestos qumicos, se consigue la floculacin de los coloides, elementos cargados elctricamente, y la neutralizacin, proceso en el que se consigue el pH adecuado para el resto de operaciones de tratamiento.

c) Tratamiento secundario: Reduce la cantidad de materia orgnica no biodegradable que no se ha conseguido eliminar en el tratamiento anterior; esto se logra mediante el desarrollo de microorganismos capaces de asimilar dicha

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materia orgnica. En definitiva, se trata de aplicar, de manera controlada, las leyes naturales de la auto-depuracin mediante un proceso biolgico seguido de una decantacin, llamada secundaria. El tratamiento secundario puede llevarse a cabo por distintos procedimientos, siendo los ms usuales:

Biolgico: La materia orgnica causante de la contaminacin se emplea como sustrato alimenticio para el metabolismo de microorganismos, que reducen as la carga contaminante, adems de separar por decantacin la masa biolgica del agua tratada. La aportacin de oxgeno se realiza por aireacin forzada. Los microorganismos se mantienen en suspensin mediante diversas formas de agitacin, generando una masa homognea (fangos activados, estanques de estabilizacin, canales de oxidacin, aireacin prolongada).

Biomasa fija: los microorganismos se adhieren a unos soportes, generando una pelcula biolgica que consume la materia orgnica y se desprende en forma de flculos decantables (biodiscos, biotambores, lechos bacterianos).

Cualquiera que sea el proceso utilizado, la mezcla de agua residual y fangos, conocida como "licor mezcla", se conduce a unos decantadores para la separacin, por sedimentacin floculenta, del fango y del agua depurada. Una parte del fango se vuelve a introducir en el proceso biolgico, constituyendo la llamada recirculacin de fangos, evacundose el resto al sistema de tratamiento de fangos.

d) Tratamiento terciario: El efluente de un tratamiento secundario puede estar todava insuficientemente depurado para determinados usos, siendo precisa una serie de procesos que se agrupan bajo el nombre de tratamiento terciario. Este se lleva a cabo para eliminar fundamentalmente la materia orgnica que no ha sido retenida en el tratamiento biolgico, o bien que no es biodegradable, y las sales inorgnicas disueltas, entre las que destacan el nitrgeno y el fsforo, que son dos de los mximos responsables de la eutrofizacin de los cursos y depsitos de agua.

e) Tratamiento de fangos: En un tratamiento biolgico de aguas residuales, se obtienen considerables volmenes de fangos que requieren un tratamiento especfico, estando compuesto, generalmente, por los siguientes procesos:

Espesamiento previo: El objetivo del espesamiento de fangos es el de concentrarlos para hacerlos ms densos, reduciendo el volumen para facilitar su manejo y abaratar los costes.

Digestin: Tiene por objeto degradar la materia orgnica presente en los fangos y puede llevarse a cabo por va aerobia o anaerobia. Cuando la digestin es anaerobia se produce un gas biolgico o bio-gas, con un contenido de metano del 65-70%. Este puede ser reutilizado para suministrar parte de la energa que la planta depuradora necesita.

Secado: una vez digeridos, los fangos deben someterse a un proceso de secado a fin de reducir su volumen y facilitar su manejo, obtenindose una pasta con un contenido de aproximadamente un 30% de materia slida.

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Eliminacin: existen varias posibilidades de eliminacin de fangos: descarga en vertedero, incineracin, aplicacin en la agricultura u otros usos.

Si bien se emplean soluciones de todo tipo, la tendencia ms generalizada est en el empleo de estos fangos para usos agrcolas.

El tratamiento terciario como se puede ver, se utiliza para eliminar sales inorgnicas, mientras que el tratamiento avanzado incluye pasos adicionales para mejorar la calidad del efluente eliminando los contaminantes recalcitrantes.

3.2.2 Tratamiento mediante ozono

Debido a la inestabilidad del compuesto, ste debe ser producido en el sitio de aplicacin mediante unos generadores. El funcionamiento de estos aparatos es sencillo: pasan un flujo de oxgeno a travs de dos electrodos. De esta manera, al aplicar un voltaje determinado, se provoca una corriente de electrones en el espacio delimitado por los electrodos, que es por el cual pasa el gas. Estos electrones provocarn la disociacin de las molculas de oxgeno que posteriormente formarn el ozono.

Grfica 3.2: Proceso del tratado

De los oxidantes ms utilizados en el tratamiento de aguas, los radicales libres de hidroxilo y el ozono tienen el potencial ms alto (son los ms oxidantes). Ello explica la gran eficacia del ozono como desinfectante, as como su capacidad para oxidar materia orgnica del agua, eliminar olores y sabores desagradables, y degradar compuestos qumicos de diversa naturaleza.

Lo ms seguro para la consecucin de una desinfeccin ptima sin subproductos txicos, es el tratamiento con ozono, reconocido como desinfectante en la potabilizacin de aguas en los pases ms avanzados y comprometidos con el

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medio, entre ellos el nuestro, estando recogido su uso por el Ministerio de Sanidad y Consumo.

La eficacia del ozono como desinfectante est de sobra probada, habindose evidenciado que es capaz de destruir esporas de Bacilus subtilis, la forma ms resistente de los microorganismos.

El ozono, gracias a su alto potencial redox, adems de proporcionar una eficaz desinfeccin y reducir la DBO5, es capaz de eliminar compuestos como cianuros y fenoles, precipitar el hierro y el manganeso, mejorar los caracteres organolpticos del agua (olor, aspecto y sabor) y favorecer la nitrificacin (oxida los nitritos, compuestos txicos para la fauna acutica, a nitratos.)

El ozono se encuentra autorizado como coadyuvante en el tratamiento de aguas potables. Norma.

En conclusin, los tratamientos avanzados con ozono para aguas residuales, permiten que estas presenten las caractersticas requeridas para usos tan diversos como el agrcola, esttico, recreacional, o industrial.

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3.3 Microcontrolador

El desarrollo por Microcontrolador se basa en el uC 18f4550 de Microchip que tiene las caractersticas necesarias para realizar este proyecto, este Microcontrolador es de muy bajo costo y hay la informacin necesaria por parte de Microchip para que cualquier persona con conocimientos bsicos en Microcontroladores pueda hacerlo funcionar y llevar a cabo algn proyecto.

3.3.1 PIC 18F4550

El PIC 18F4550, pertenece a los Microcontroladores PIC18 de gama alta. Posee una arquitectura RISC (reduced instruction set computer) de 16 bits longitud de instrucciones y 8 bits de datos. La tabla muestra en resumen las caractersticas fundamentales de este Microcontrolador.

Tabla 3.1: Caractersticas del uC 18F4550

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3.3.2 Diagrama de Pines

Grfica 3.3: pines del Microcontrolador 18F4550 (40 pines)

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3.3.3 Estructura Interna

Grfica 3.4: Estructura interna del uC 18F4550

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3.3.4 Bancos del registro de control

Grfica 3.5: Bancos de registros del uC 18F4550

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3.2 Sensores de Medicin

Son dispositivos diseados para recibir informacin de una magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud, normalmente elctrica, que seamos capaces de cuantificar y manipular.

Normalmente estos dispositivos se encuentran realizados mediante la utilizacin de componentes pasivos (resistencias variables, PTC, NTC, LDR, etc... todos aquellos componentes que varan su magnitud en funcin de alguna variable), y la utilizacin de componentes activos.

En muchos de los procesos industriales que se llevan a cabo es necesario conocer los niveles, el volumen o la sola presencia de los fluidos y de los slidos que se manejan sin tener que abrir el contenedor en el que se encuentran.

Dentro de los sensores a utilizar en el proyecto tenemos:

3.4.1 Sensores de Medicin de Nivel

Es un dispositivo electrnico que mide la altura del material, generalmente lquido, dentro de un tanque u otro recipiente.

Los sensores de nivel son preferiblemente construidos en (backlash) lo que provee una accin de conmutacin para alarmas de niveles o simplemente controles para evitar variaciones en el punto de estabilidad.

Integral para el control de procesos en muchas industrias, los sensores de medicin de nivel se dividen en dos tipos principales:

Sensores de medicin de punto de nivel

Los sensores de medicin de punto de nivel se utilizan para marcar una altura de un lquido en un determinado nivel preestablecido. Generalmente, este tipo de sensor funciona como alarma, indicando un sobre llenado cuando el nivel determinado ha sido adquirido, o al contrario una alarma de nivel bajo.

Sensores de nivel continuos

Los sensores de nivel continuos son ms sofisticados y pueden realizar el seguimiento del nivel de todo un sistema. Estos miden el nivel del fluido dentro de un rango especificado, en lugar de en un nico punto, produciendo una salida analgica que se correlaciona directamente con el nivel en el recipiente. Para crear un sistema de gestin de nivel, la seal de salida est vinculada a un bucle de control de proceso y a un indicador visual.

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3.4.2 Seleccin del sensor de medicin de nivel

Preguntas clave que se deben hacer antes de seleccionar un sensor de medicin de nivel:

Est midiendo un lquido o un slido?

Cules son la temperatura de la aplicacin y rangos de presin?

Se requiere nivel de punto o medicin continua?

Qu rango de medicin de nivel se necesita?

El material medido es conductor de electricidad?

Se acumular la capa de material en las superficies?

Se producen turbulencias, espuma, o vapor en la superficie del lquido?

Va a necesitar medicin de nivel a contacto o sin contacto?

Qu tipo de salida necesitamos, analgica, display digital, rel, etc.?

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ELECCION DE UN SENSOR ADECUADO

Es deseable el control o la indicacin remota? Un s excluye a los medidores mecnicos flotador, mirillas, varillas y otros dispositivos diseado especficamente para el control local.

Con indicadores de nivel, es importante el tiempo que toma la medicin?

Un si excluye tiras reactivas, flotadores mecnicos y sistemas de equilibrio.

Puede haber contacto entre el sensor y el material a medir?

Un no elimina todo menor ultrasonidos, radares, radiacin, y celdas de carga y pticas.

Debe medirse peso en lugar de altura? Se limita a celdas de carga solo para tanques de cara uniforme, o, medidores de capacitancia calibrados para medir peso, particularmente si es para un lquido.

Hay objeciones a las partes mecnicas mviles?

Un si le da una eleccin a ultrasonido, radar, capacitancia, conductividad, celdas de carga, termistores y pticos.

La aplicacin es con un lquido? Un si elimina vibraciones.

La aplicacin es con materiales granulares? Un si elimina flotadores, termistores, dispositivos de conductividad, instrumentos de presin.

Los indicadores tienen que tener una precisin del 2%?

Un si elimina dispositivos pticos, termistores, vibradores, instrumentos de conductividad, pero los de ms pobre precisin son los de flotador y radiacin.

Los indicadores tienen que tener una precisin menor que el 1%?

Un si reduce la lista a algunos dispositivos de equilibrio y desplazadores.

Tabla 3.2: Correcta eleccin de los sensores

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3.4.3 Mtodos que proporcionan una medida de nivel de rango completo

Los mtodos utilizados para medir o controlar el nivel en un recipiente se pueden dividir en aquellos que miden una serie continua de nivel y los que miden un pequeo cambio o el nivel de punto; los mtodos son:

Mirilla de medicin de nivel.

Instrumentos flotantes manejadores.

Sonda capacitiva.

Empuje de flotabilidad.

Censado de presin.

Microondas y Ultrasnicos.

Fuerza y Posicin de equilibrio

Interruptores de flotador

En estos sensores de nivel de punto, un flotador magntico se mueve en la superficie del lquido, accionando un sellado hermticamente "Reed Switch, interruptor de lminas" en el tallo. El simple mantenimiento hace que se instale fcilmente, minimiza el impacto, la vibracin y la presin, y trabaja con una gran variedad de medios de comunicacin. El interruptor de lminas puede ser unipolar, (SPST) de un solo polo, o de doble tiro (SPDT).

Sensores ultrasnicos sin contacto

Estos sensores incorporan un procesador de seal analgica, un microprocesador, decimal codificado en binario (BCD) switches de rango, y un circuito de salida del controlador. Transmite los impulsos a una puerta de seal de la ruta del microprocesador a travs del procesador de la seal analgica del sensor, que enva un haz ultrasnico a la superficie del lquido. El sensor detecta el eco de la superficie y la enva de vuelta al microprocesador para una representacin digital de la distancia entre el sensor y el nivel de la superficie. A travs de una actualizacin constante de las seales recibidas, el microprocesador calcula los valores promedios para medir el nivel de lquido. Con un sensor continuo, el microprocesador convierte el valor promediado para una seal analgica de 4 a 20 mA lineal con el nivel de lquido. Cuando el eco de nivel no vuelve al sensor en 8 segundos, la seal de salida del sistema cae por debajo de 4 mA, lo que indica una condicin de bajo nivel o de tubo vaco. Con un sensor de punto, el microprocesador compara el valor medio con el ajuste del interruptor BCD y energiza un rel de salida, ya sea para la indicacin de nivel alto o bajo. Una prdida de seal superior a 8 segundos, desactiva el rel y restaura su estado original. La electrnica incorpora un retraso de medio segundo que minimiza los efectos de superficie debidos a la turbulencia.

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Sensores ultrasnicos de contacto

Un dispositivo ultrasnico de baja energa dentro de los sensores de nivel de lquido en un punto determinado. Consta de un sensor montado en montado y un amplificador integrado de estado slido, los sensores ultrasnicos de contacto no tienen partes mviles y no requieren calibracin. Tpicamente, estn equipados con bloques de terminales para la conexin de una fuente de alimentacin y dispositivos de control externos. La seal ultrasnica atraviesa un hueco de 12 mm en el sensor, controlando los interruptores de rel cuando la brecha contiene lquido. El nivel de deteccin est en el medio a lo largo del espacio donde los sensores estn montados en horizontal. En la parte superior, por sensores montados verticalmente. A medida que el lquido cae por debajo de este nivel, la seal ultrasnica atena y finalmente conmuta el rel a su estado anterior. Estos sensores se utilizan en tanques o conductos para operar automticamente las bombas, vlvulas de solenoide, y las alarmas de alta / baja. Para llenar y vaciar tanques dos sensores seran necesarios, como tambin para medir volmenes de lquido. Compatible con la mayora de los lquidos, no se ven afectados por los revestimientos. Sin embargo, los lquidos con alta aireacin y lquidos viscosos suficiente como para obstruir la luz del sensor, puede causar problemas.

Grfica 3.6: Posicionamiento de los sensores

Grfica 3.7: Sensores de nivel basados en ultrasonido

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3.4.4 Calibracin de los sistemas de Medicin de Nivel

Los contenidos que se negocian por dinero, como la petroqumica, alimentos, leche, y el alcohol, se debe medir en las normas establecidas por la autoridad de pesos y medidas pertinente, para esto se requiere la calibracin.

El uso del procedimiento indirecto para determinar el contenido volumtrico o de masas, basado en una medicin de nivel, significa que un coeficiente de conversin o un grfico de los coeficientes deben estar preparados para que la medicin del nivel se pueda convertir en la forma de medicin necesaria.

Una Medicin de nivel de alta precisin requiere un seguimiento continuo de las fuentes de error y las correcciones en curso se puedan hacer.

Tabla 3.3: Medidores de nivel de lquidos

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3.3 Sensores de Flujo o Caudal

Los sensores de caudal recogen las velocidades del flujo de aire o lquidos. Los sensores de caudal usan diferentes principios de medicin. Los sensores de caudal para lquidos funcionan por ejemplo sobre la base de ultrasonidos. Esta medicin sin contacto tiene la ventaja que los sensores no estn expuestos a golpes de ariete y medios slidos. Por otro lado, los sensores de caudal son utilizados en el sector de calefaccin, ventilacin y climatizacin para el anlisis de la velocidad del aire.

El trmino flujo representa a una variable que indica cun rpido se est moviendo un fluido. El flujo puede ser expresado como:

El flujo volumtrico (Q) se refiere al volumen de un fluido que fluye en un determinado intervalo de tiempo.

El flujo msico (Qm) se relaciona a las unidades de masa que fluyen por unidad de tiempo. El flujo msico se calcula como el producto Q*, en el que es la densidad del fluido.

La velocidad del fluido (Qv) se refiere a velocidad. La velocidad del fluido se determina a travs de la relacin Q/A, en la que A es el rea de la seccin transversal.

Debido a la diversidad de fluidos y de sus propiedades, la seleccin del tipo de sensor a utilizar debe ser cuidadosa.

De acuerdo al principio bsico de funcionamiento, los sensores de flujo se dividen en:

a) Sensores Intrusivos

Los sensores intrusivos provocan una restriccin en la direccin del fluido, y, ocasionan un diferencial de presin, que es medida y convertida en unidades de flujo.

Los sensores intrusivos ms representativos son las placas de orificios, los tubos Venturi, los tubos de flujo Dall, los tubos Pitot, los flucmetros Vortex, rotatmetros, de paletas mviles, de turbina axial, entre otros.

En las aplicaciones industriales, los sensores intrusivos incorporan lneas de transmisin (neumticas o elctricas) para llevar la informacin a puntos remotos.

Este tipo de medicin se utiliza sobre todo para determinar el flujo volumtrico.

El flujo msico se puede calcular a partir del flujo volumtrico, conociendo o midiendo la temperatura y/o la presin del fluido, ya que ellas afectan su densidad, y, por ende, la cantidad de masa de fluido que pasa por un determinado punto de la tubera.

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Grfica 3.8: Flujo Msico

Si se compensa el flujo volumtrico contra cambios en la temperatura y/o presin, se puede obtener una medicin de flujo msico real.

La relacin entre temperatura y/o presin, y, el flujo msico se expresa como:

En donde:

m: tasa de flujo msico

K: coeficiente de flujo relacionado a las caractersticas de la tubera y del flujo

A: rea de la seccin transversal de la tubera

P: Presin Diferencial

P: Presin

T: Temperatura

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Tuberas

El tubo Venturi es el medidor de flujo ms exacto, si esta calibrado apropiadamente.

Un tubo Venturi tiene una entrada cnica convergente, una garganta cilndrica, y, un cono divergente de recuperacin. No tiene proyecciones dentro del fluido, esquinas abruptas o cambios sbitos en el contorno.

La seccin de entrada del tubo decrece, ocasionando el aumento de la velocidad y cilndrica, ya que es all donde alcanza el menor valor, y, tanto la presin como la velocidad son constantes. El cono de recuperacin permite el aumento de la presin de tal forma que, la prdida alcance un mximo de 25 por ciento (al menos 10 por ciento). La alta presin es medida aguas arriba del cono de entrada.

Grfica 3.9: Tubo Venturi

El tubo de flujo Dall tiene una relacin presin - prdida de presin, mayor que la del tubo Venturi.

Es ms compacto y comnmente usado en aplicaciones de gran flujo.

El tubo Dall consta de una seccin corta y recta de entrada, seguida de una abrupta reduccin del dimetro interno. Esta seccin de entrada es seguida de un cono convergente de entrada y de un cono divergente de salida. Los dos conos estn separados por un espacio.

La presin baja es medida en el rea entre los dos conos. La presin alta es medida aguas arriba de la seccin de entrada.

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Grfica 3.10: Tubo de flujo de Dall

El tubo Pitot, en su forma ms simple, es un tubo con una abertura en uno de sus extremos. La apertura en forma de un pequeo orificio, se coloca de tal manera que hace frente al fluido en movimiento.

La velocidad del fluido en la abertura del tubo, cae a cero y provee de la entrada de alta presin requerida para el sensor de presin diferencial. La baja presin se mide aguas arriba de la posicin del tubo.

El tubo Pitot mide la velocidad del fluido. La tasa de flujo volumtrico se obtiene de la relacin:

En donde:

V: Flujo volumtrico

A: rea de la seccin transversal

V: Velocidad del fluido

K: Coeficiente de flujo (normalmente alrededor de 0,8)

Grfica 3.11: Tubo Pitot

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El vortex es una tcnica para medicin de flujo de amplia aceptacin en la industria, que aunque no tiene partes mviles, produce una seal en frecuencia que vara linealmente con la tasa de flujo. Esta linealidad es vlida para un amplio rango de nmero de Reynolds para un flujo.

El nmero de Reynolds es un concepto de la mecnica de los fluidos que relaciona en una magnitud adimensional a la densidad, a la viscosidad, y, a la velocidad de un flujo.

El principio de operacin de un flucmetro vortex se basa en los vrtices y remolinos que se producen en un fluido, al colocarse un obstculo en su trayectoria.

Grfica 3.12: Creacin de vrtices en un tubo

El principio de operacin de un flucmetro vortex se basa en los vrtices y remolinos que se producen en un fluido, al colocarse un obstculo en su trayectoria.

El nmero de vrtices producidos en un intervalo de tiempo (frecuencia de vrtice o shedding frequency) guarda relacin directa con la velocidad del fluido.

El nmero (adimensional) de Strouhal (St) es utilizado para describir la relacin entre la frecuencia vrtice y la velocidad del fluido:

En donde:

St: Nmero se Strouhal

f: Frecuencia de vrtice

d: Ancho del objeto de obstculo

U: Velocidad del fluido.

Al presentarse los vrtices como consecuencia del obstculo en la trayectoria del fluido, el obstculo oscila bajo efecto de los campos de velocidad y presin en su alrededor.

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La medicin consiste entonces, en colocar sensores de presin o velocidad que, transformen estos campos oscilantes en una seal elctrica a partir de la cual se determine la frecuencia vrtice.

b) Sensores no Intrusivos

Los sensores no intrusivos ms representativos son:

Flucmetro Electromagntico

Un flucmetro electromagntico opera igual que un generador, y, se utiliza en fluidos con cierto grado de conductividad elctrica.

El rotor del generador es reemplazado por un tubo colocado entre los polos del imn, de tal manera que, el paso del fluido en el tubo sea perpendicular al campo magntico. El paso del fluido a travs del campo magntico induce una fuerza electromotriz que es perpendicular al campo magntico y al flujo.

Esta fuerza electromotriz puede ser medida con la ayuda de electrodos en el tubo, conectados a un galvanmetro o su equivalente.

Para un campo magntico dado, se induce un voltaje proporcional a la velocidad promedio del fluido.

Grfica 3.13: Flucmetro electromagntico

Flucmetro de ultrasonido

Un flucmetro de ultrasonido se basa en la deteccin de discontinuidades en el flujo, utilizando el desplazamiento Doppler de seales ultrasnicas reflejadas.

Las discontinuidades pueden ser slidos en suspensin, burbujas, o, perturbaciones ocasionadas por remolinos turbulentos en el paso del fluido.

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El sensor es colocado en la parte externa del tubo. Un rayo ultrasnico se transmite a travs de las paredes del tubo hacia el fluido. Un receptor (cristal piezoelctrico) detecta las seales reflejadas por las disturbancias.

Las seales emitida y recibida, son comparadas, y, el desplazamiento de frecuencia es proporcional a la velocidad del flujo.

Pag.35

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4 METODOLOGA DEL PROYECTO

Para poder afrontar al problema nos basaremos en tres pasos, del cual obtendremos datos y desarrollaremos un sistema que acte de manera eficiente, favoreciendo a la poblacin.

Grfico 4.1: Esquema general de la metodologa de investigacin del proyecto.

4.1 Fundamento terico

Para poder hallar una solucin ante cualquier problema, es necesario recopilar informacin del avance del problema o hacer un estudio de campo y obtener datos, los cuales nos ayudarn a solucionar el problema.

En nuestro caso para poder afrontar el problema, recopilaremos datos acerca del problema, como el incremento anual de la laguna, tamao actual, agua total con la que se desea satisfacer las necesidades de la poblacin. Con estos datos se disear una estructura, donde se pueda trasladar el agua residual de la laguna artificial, y almacenar la cantidad necesaria de agua.

Grfico 4.2: Esquema del Desarrollo de Fundamento Terico

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4.2 Desarrollo del proceso de Traslado y Almacenado

Para la seleccin de los equipos a utilizar, tomaremos en cuenta los datos obtenidos en la fase del fundamento terico, los cuales respaldaran la eleccin correcta del equipo como la obtencin del dimensionamiento de la estructura de almacenamiento.

Para traslado de agua se utilizar unas bombas, las cuales succionarn el agua residual de la laguna artificial, dirigindolas a travs de los conductos hacia la estructura de almacenamiento, pero estos dispositivos estarn acompaados de otros equipos que se encargarn tanto de salvaguardar al sistema de traslado, como controlar el paso constante de agua al que fue diseado y no cause problemas en el futuro.

A parte del sistema automatizado, contaremos con mecanismos manuales, los cuales ayudarn a solucionar y cuidar las bombas en caso de algn dao.

Todo este sistema estar automatizado por medio de un microcontrolador, que se encargar de ordenar las diferentes funciones, basndose en las medidas enviadas tanto por los sensores de nivel de la estructura de almacenamiento como las medidas enviadas por el caudalmetro al momento de bombear el agua.

Grfica 4.3: Esquema del Desarrollo del proceso de Traslado y Almacenado

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4.3 Desarrollo del proceso de Tratamiento

Para poder aplicar esta agua residual al objetivo final del proyecto, al riego de terrenos de cultivo, es necesario tratarla mediante un proceso que limpie y brinde caractersticas ptimas al agua, ya que esta proviene de las filtraciones de una irrigacin en donde se utiliza diferentes qumicos y por lo tanto llegan con caractersticas no ptimos para su uso.

Los diferentes pases avanzados, conscientes de un futuro problema de escases de agua, buscan distintos mtodos para aprovechar las fuentes hdricas, dentro de las cuales utiliza un mtodo el cual proporciona al agua caractersticas ptimas para su uso en el riego de parques y campos de cultivo. El mtodo que utilizaremos ser el de oxidacin con ozono.

Los tratamientos avanzados con ozono para aguas residuales, permiten que estas presenten las caractersticas requeridas para usos tan diversos como el agrcola, esttico, recreacional, o industrial.

Tratamiento mediante ozono

Debido a la inestabilidad del compuesto, ste debe ser producido en el sitio de aplicacin mediante unos generadores. El funcionamiento de estos aparatos es sencillo: pasan un flujo de oxgeno a travs de dos electrodos. De esta manera, al aplicar un voltaje determinado, se provoca una corriente de electrones en el espacio delimitado por los electrodos, que es por el cual pasa el gas. Estos electrones provocarn la disociacin de las molculas de oxgeno que posteriormente formarn el ozono.

Grfica 4.4: Esquema del Desarrollo del Proceso de Tratamiento

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5 DESARROLLO DEL PROYECTO

5.1 Estacin de bombeo

La 1 estacin de bombeo se sita en el PQ 1+750,58 de la conduccin principal de la zona

baja, ubicada a la altura del km 14 en el tramo de la carretera Mollendo, ocupando una

extensin total en planta de 10,70 x 21,00 m. La 2 estacin de bombeo es idntica y est

situada en la cota 100.

El edificio de bombeo tiene unas dimensiones en planta de 8,00 x 4,70 m que se

estructura en dos niveles: el primero de ellos permite la entrada a nivel desde el terreno

y se sita en la cota 69,55 para la estacin de bombeo n1, mientras que el segundo nivel

est destinado a la ubicacin de las bombas, sus rganos de control y los equipos

antiariete.

Grfica 5.1: Vista Frontal de la Estacin de Bombeo

Todo esto situado en la cota 67,98. Estos dos niveles se comunican a travs de una

escalera de hormign adosada a uno de los muros laterales y protegida con una barandilla

metlica.

Los cimientos del edificio estn formados por una solera de hormign armado de 0,40

m de grosor de la cual arrancan unos muros de 0,30 m de grosor y una altura de 1,70 m,

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quedando la coronacin de esta enrasada al nivel del terreno. Sobre las esquinas de

estos muros se apoyan cuatro pilares de hormign armado de dimensiones 0,30 x 0,30 m,

y una altura de 3,00 m. En la parte superior se construy un crculo perimetral formado

por vigas de hormign armado de dimensiones 0,40 x 0,30 sobre el cual se levant un

tejado a cuatro aguas de teja rabe. El cierre del edificio se realiz con obra vista de color

amarillento. En las paredes sur y este se construy una ventana situada en la parte

superior de las paredes de obra.

Grfica 5.2: Vista Superior de la Estacin de Bombeo

La llegada de la conduccin a la estacin de bombeo tiene lugar con una caera de

P.E.A.D.(polietileno alta densidad) de dimetro nominal 280 mm, el eje de la cual se sita

en la cota 68,35, y se une a un colector de chapa de acero galvanizado de dimetro 250 mm

que alimenta a las bombas. Las bombas aspiran de este colector a travs de derivaciones

a 45 de acero galvanizado de dimetro 150 mm y, una vez impulsada el agua, la bomba

la enva por un colector de las mismas caractersticas que el de aspiracin, el eje del cual

se sita en la cota 68,85. La unin entre la salida de las bombas y este colector se hace a

travs de una caera de dimetro 150 mm que conecta formando un ngulo de 45.

Por otra parte las caeras de entrada y salida de las bombas estn unidas a stas a travs

de los conos de reduccin necesarios.

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Dado que la estacin de bombeo se sita en un punto bajo tanto del recorrido de la

caera de aspiracin como de la de impulsin, los colectores antes mencionados estn

dotados de unas derivaciones que permitirn la salida de los mismos. Este agua se

recoger en un pozuelo de dimensiones 0,40 x 0,40 x 0,15 m y, mediante una caera de

PVC de dimetro 125 mm, se conduce al exterior de la Estacin.

Las bombas de impulsin dos unidades activas ms una de reserva van montadas

sobre unas bancadas de hormign de dimensiones 0,70 x 1,30 x 0,10 m. Estas bombas son

centrfugas, de eje horizontal, con un motor elctrico de 30 CV que se encarga de impulsar

el agua hasta una altura de 25 m un caudal de 35 l/s.

Grfica 5.3: Vista lateral de la Estacin de Bombeo

Una descripcin ms detallada de estos equipos se encuentra en el apartado de

"elementos a instalar" del presente proyecto.

Sobre la solera del edificio, al lado de las bombas, estn los dos calderines antiariete: uno

conectado a la caera de aspiracin y el otro a la de impulsin. De esta manera se

pretende proteger las dos conducciones de las sobrepresiones que se podran producir en

el caso de una maniobra brusca de las bombas como podra ser un eventual corte

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elctrico. La conexin de los calderines con los colectores se har con una caera de

chapa de acero galvanizado.

En sentido longitudinal al edificio se coloc una viga metlica IPN que sirve de soporte a

un polispasto elctrico de 1.000 Kp de carga mxima, que se utiliza en los trabajos de

mantenimiento y reparacin de los equipos de la estacin, los cuales pueden ser sacados

fuera del edificio por la misma puerta de entrada.

Los cuadros elctricos, los mecanismos de control de las bombas y los contadores estn

ubicados sobre la plataforma de entrada, siendo estos ltimos registrables desde el

exterior del edificio, instalndose a la llegada de la estacin de bombeo un transformador

de 100 KVA.

La acometida elctrica se realiza desde una lnea de media tensin de la compaa FECSA,

que alimenta a la cooperativa FARE y un centro receptor-emisor de televisin y radio. La

llegada a la estacin de bombeo se hace mediante una lnea area, paralela a la carretera

panamericana sur de unos 250 m de largo.

5.2 Conduccin de impulsin

La conduccin de impulsin est formada por una conduccin de PEAD de 280 mm de

dimetro, que saliendo desde la estacin de bombeo, conduce el agua hasta el reservorio

de regulacin de la zona alta. La longitud de impulsin es de unos 850 m. En los 730

primeros metros la caera tiene una pendiente continuada que la hace subir desde la

cota 68 hasta la 90 paralela a un camino. En este punto la caera tiene un

giro de aproximadamente 90 en planta y 45 en alzado, por acomodarse al terreno y

acceder a la balsa.

Justamente en este lugar de quiebro de la caera es muy conveniente instalar una

ventosa ya que combina su condicin de punto alto con un golpe de ariete negativo muy

cercano a la trazada de este punto.

Por otra parte, por seguridad de cara al llenado de la conduccin se instal una ventosa

bifuncional en el PQ 2+100,00. De esta manera garantizamos que el aire no ha de

recorrer grandes distancias por dentro de la conduccin antes de encontrar una salida. En

los ltimos 70 m la caera circula paralela al camino de acceso al reservorio.

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5.3 Reservorio en zona alta

El reservorio de regulacin de la zona alta, est situada en un lugar desde donde se

domina perfectamente la zona regable alta. Al encontrarse en la parte alta de un eje que

divide esta zona en dos partes sensiblemente iguales en cuanto a extensin, se optimiza

el tamao de los dimetros de la red de riego, con el consiguiente ahorro econmico.

La ubicacin fsica del reservorio se encuentra en la parte baja del asentamiento 5. El

acceso a la balsa se realiza desde un camino hecho con tierras, de unos 70 m de largo que

enlaza con la red de caminos rurales existentes en la zona. Este tiene una pequea

pendiente desde el punto de enlace hasta el reservorio, habindose optimizado el trazado

al discurrir ste ligeramente paralelo a las curvas de nivel con la finalidad de disminuir al

mximo los cambios bruscos de cota. Se dej previsto un tubo de 600 mm de hormign

que servir por alojar en su interior la caera de impulsin hacia el reservorio. Se puso

una escollera para proteger la obra de posibles erosiones.

La balsa est constituida por una presa de tierras de tipo homogneo con pantalla

impermeable en el talud del lado de las aguas, formado por una lmina de geotxtil

sobre la que se extiende una lmina de caucho EPDM (Etileno Propileno Dien Monmero).

La capacidad del reservorio es de 4.500 m3, con unas dimensiones medias de 30 x 20

metros y una profundidad de 4 metros con un resguardo de 0,5 metros. Los taludes de la

balsa tienen una inclinacin tanto en el exterior como en el interior de 2H:1V y la

coronacin estar situada en la cota 125,50 y el fondo del reservorio est en la 121,00.

As las medidas del reservorio son: planta inferior 8 x 12.5 metros; planta superior 24 x

12.5 metros.

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Grfica 5.4: Posicin geogrfica del reservorio

A lo largo de la coronacin del reservorio, se construy un camino perimetral de tierra de

3 metros de ancho, al cual se accede mediante el camino antes mencionado. En la parte

exterior de este camino, se instal una valla metlica para impedir el acceso de personas

ajenas a las instalaciones.

Los taludes situados en la parte superior del reservorio sern del 1H:1V y a pie de

desmonte, en el lmite del camino de coronacin del reservorio, se construy una cuneta

revestida de hormign en masa de recogida, que sern conducidas por un lado hacia el

torrente, a la altura de la obra especial de cruce, y por el otro hacia el pie de talud del

terraplenado del reservorio, que se proteger con escollera para evitar su degradacin.

El sobre pasante de seguridad del reservorio se ubica al lado de la entrada al reservorio y

consiste en un dado de hormign que permite que sobrepase el agua 50 cm antes que su

cota llegue a coronacin del reservorio.

El agua que sobrepase se conduce mediante la cuneta de hormign, antes mencionada,

hacia el torrente. Por no interrumpir el paso en el camino perimetral al reservorio, se cubre

lo sobresaliente con placas de hormign prefabricado que soportan cargas puntuales de

pequeos vehculos que harn trabajos de mantenimiento.

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La salida del reservorio se realiza desde la propia caera de abastecimiento a la red de

riego, aprovechando cualquiera de las salidas existentes y hasta de algn hidrante.

En esta caera de salida de la balsa, se instal un tubo de PVC de 315 mm a la altura

del camino perimetral, donde van instaladas las sondas de nivel mximo y mnimo, 125 m

y 122 m respectivamente, para el comando de la estacin de bombeo.

El sistema de bombeo est controlado por estas sondas. De esta forma, cada individuo

riega su parcela cuando cree conveniente y sin tener en cuenta la franja horaria en la que

se encuentra, lo que provoca que posiblemente estemos bombeando en "horas caras" (el

kW/h tiene un incremento de precio sobre el establecido), cuando podremos realizar esta

tarea en horas valle, donde el kW/h presenta una rebaja de precio respecto al estipulado.

6 Descripcin del Proyecto de Automatizacin

Ambas estaciones de bombeo son idnticas. La primera estacin se nutre de la laguna y la segunda es en el reservorio. Ambas estaciones de bombeo tienen su propio microcontrolador, de igual modelo y con el mismo programa a ejecutar.

Grfica 6.1: Esquema general del Sistema de Bombeo

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Grfica 6.2: Panel de Control

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Disponemos de una estacin de bombeo idntica, controlada por su propio microcontrolador.

Cada estacin est compuesta por:

Una zona de aporte de agua al sistema, siendo la laguna para la estacin de bombeo nmero uno y el reservorio la nmero dos.

Tres bombas, de las cuales slo dos estarn funcionando cuando el sistema lo requiera, quedando siempre una de reserva por si alguna bomba presentase en un momento dado alguna anomala. Al producirse una demanda de agua, arrancarn aquellas dos bombas que menos horas de funcionamiento tengan acumuladas, y lo harn con un espacio de tiempo entre ellas de dos minutos para evitar "picos" de tensin elevados y hacerlo de una manera ms progresiva. A la hora de parar, una vez alcanzados los niveles deseados, se ejecutar de la misma forma, es decir, primero parar una y dos minutos despus la otra.

Mientras una bomba est funcionando, en todo momento se controla las posibles averas que se puedan producir as como las horas de funcionamiento. Si se detectara algn error, automticamente paramos la bomba, dando la alarma correspondiente, y pasando a actuar la bomba de reserva. Evidentemente seguimos controlando las bombas y parndolas en caso de anomala.

Una bomba a la que se le ha detectado un defecto no volver a arrancar hasta ser reparada y su alarma correspondiente reseteada.

Seis vlvulas con la funcin de aislar las bombas para poder sustituirlas en caso de avera.

Una electrovlvula para estabilizar el nivel de agua.

Un caudalmetro para indicarnos principalmente si hay o no circulacin de fluido. Si las bombas arrancan por necesidad del sistema y no se detecta circulacin de agua, implicar anomala en el sistema.

Un medidor de nivel proporcional, sito en el reservorio, que nos indicar el nivel que hay en todo momento y que, segn su lectura, arrancar o no el bombeo.

Dos detectores de nivel por si el medidor proporcional fallara, y as poder continuar la gestin del bombeo con ellos, ahora ya sin tener en cuenta la hora del da en la que nos encontramos, como hacemos con el medidor de nivel proporcional.

Cuando el proporcional funciona, segn la hora del da y la poca del ao en la que nos encontremos (en definitiva, segn el precio del kilovatio/hora en ese instante), le daremos un valor diferente a las cotas de mximo y de mnimo del proporcional, evitando as arranques innecesarios en una franja horaria cara y aprovechando las horas ms econmicas para bombear. sta es la idea principal del proyecto, el abaratar costes en relacin a la solucin existentes, as como mejorar la calidad del sistema.

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7 Elementos a Instalar

7.1 Bombas

Cada estacin de bombeo consta de tres bombas.

El modelo es el 10x40 de la casa Bombas Guinard S.A. y fue elegido por ser una de sus aplicaciones principales los bombeos de agua para riego, cumpliendo perfectamente con las exigencias del proyecto que son principalmente el levantar el agua hasta una altura de 45 metros con un caudal de 35 l/s. Esta necesidad es la que hizo optar por el tipo 10x40, que, como se puede ver en las especificaciones de la bomba incluidas en el anexo del presente proyecto, cubre por completo las exigencias del bombeo.

Sus principales ventajas son:

Estanqueidad adaptable segn el producto bombeado, siendo la forma elegida la de cierres mecnicos dobles.

Impulsor equilibrado hidrulicamente, los rodamientos exentos de todo empuje axial, no se fatigan, por lo que trabajan en condiciones ptimas.

Rodamientos sobredimensionados. El rodamiento del lado impulsor est reforzado, soportando las ms fuertes cargas, correspondientes a dimensiones y capacidades superiores.

Bastidor lubricado por grasas.

Eje de mxima seccin, eliminando as las vibraciones.

Posibilidad de refrigeracin exterior de la caja de cierre.

Medidas normalizadas DIN 24.255.

Estandarizacin de sus componentes, con un nmero limitado de piezas en la gama.

Variantes de construccin adaptadas segn el tipo de agua. En este caso es agua dulce, por lo que el cuerpo de la bomba es de fundicin e interiores de bronce.

Grfica 7.1: Bombas

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7.2 Vlvulas

Son del tipo Vlvulas Proceso Gama KE.

Estas vlvulas son de dimensiones y peso reducido, con ausencia de soportes. El montaje y desmontaje es rpido y las prdidas de carga mnimas.

Sus dimetros van desde los 40 a los 600mm por lo que son aptas para este proyecto.

Sus principales caractersticas son:

Estanqueidad total, permanente y continua obtenida por el contacto esfrico entre la mariposa y el anillo.

Estanqueidad interna fiable y duradera, asegurada por el empleo de juntas en los pasos de eje.

Seguridad de utilizacin, slo el anillo y la mariposa estn en contacto con el fludo vehiculado.

Diseo, formulacin y fabricacin integrada de elastmeros y plastmeros

ausencia de mantenimiento.

Grfica 7.2: Vlvulas

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7.3 Arrancadores

Los arrancadores son de tipo Arrancadores - ralentizadores progresivos

Alistart 3 para aplicacin en bombas

En el caso particular de control de bombas del tipo que tenemos, la supresin del eventual golpe de ariete al solicitar una parada requiere un control preciso de la deceleracin del motor, aunque el programa haya tenido en cuenta este golpe de ariete y nunca pare dos bombas a la vez, lo que duplicara su efecto.

En el Alistart 3 para aplicacin en bombas, este control se garantiza regulando en bucle cerrado la tensin del motor en la deceleracin. El aparato est equipado con un transformador que garantiza el aislamiento y permite adaptar la tensin de control al circuito de medida.

Sus caractersticas principales son:

En el arranque: supresin del impulso de despegue (Booster), innecesario para controlar bombas centrfugas, y limitacin de la corriente a 4 Ir (en lugar de 5 Ir).

En el ralentizamiento: supresin de la posibilidad de frenado por inyeccin de corriente continua, y control preciso de la deceleracin.

Deteccin de sobrecarga o sub-carga del motor.

Grfica 7.3: Arrancadores

7.4 Electrovlvulas

Las electrovlvulas son las MFH - Lnea Clsica, siendo unas electrovlvulas verstiles y slidas, de diseo compacto, sumamente resistentes al desgaste. Son electrovlvulas de gran duracin y fiabilidad.

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Grfica 7.4: Electrovlvulas

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7.5 Medidor de nivel

Para el sistema de medicin de nivel del reservorio est compuesto por:

1 Transmisor de nivel Ultrasnicos PROSONIC FMU 860, de caractersticas siguientes

Electrnica: microprocesador.

Montaje: sobre pared.

Proteccin: IP 65.

Temperatura: -20...+60C.

Alimentacin: 230 VAC + 15%/-

20% 50/60 Hz.

Entradas: para 2 sensores, galvnicamente aisladas.

Contactos de alarma: 3

Programacin: va bus RS-485, incorporado a travs del PC.

Seales de salida: 2 galvnicamente aisladas, de 4....20mA

Grfica 7.5: Transmisor de nivel Ultrasnicos PROSONIC FMU 860

Sensor Ultrasnico tipo PROSONIC FDU80-RG1A, de caractersticas siguientes:

Material de la caja: PPS.

Proteccin: IP 68.

Material membrana: Aluminio recubierto de PE.

Conexin a proceso: Rosca 1 G en Acero Inox 304.

Temperatura mxima: -20...+80C.

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Grfica 7.6: Sensor Ultrasnico tipo PROSONIC FDU80-RG1A

Programa de configuracin COMMUWIN, que funciona en un ordenador personal tipo AT o XT, con sistema operativo Windows 95/98.

7.6 Medicin por ultrasonidos.

El eco se usa como medida del contenido de un depsito por determinacin del nivel hasta el cual se ha llenado. Un sistema de eco emite pulsos de vibraciones ultrasnicas desde un punto situado sobre el producto, y recibe el eco reflejado sobre su superficie. La distancia de la superficie reflejante se determina midiendo el tiempo que ha durado la propagacin.

El tiempo de propagacin es una medida directa de la distancia entre el sensor de eco y la superficie relajante. La distancia viajada por el sonido es el producto del tiempo de propagacin por la velocidad del sonido. Si la posicin de sensor de eco es conocida, el nivel, y en consecuencia el contenido del depsito, podr ser deducido. La velocidad del sonido en el aire es cercana a los trescientos treinta y un metros por segundo a cero grados centgrados y cambia un 0,17% cada C.

Es por este hecho que los sensores de eco deben estar compensados por temperatura. Si la vibracin ultra sonora ha de propagarse a travs de otros gases distintos del aire, deber ser calibrado consecuentemente.

Un sistema de medicin consiste en un sensor y un procesador/amplificador de seal que puede instalarse distancia. La unidad procesadora suministra una seal de salida ajustable a dos rangos distintos, 0-20mA o 4-20mA. Esta seal es proporcional al nivel medido. La clula de medicin es una unidad sensora y transmisora a la vez.

Consiste de una membrana a la que estn acoplados unos cristales piezoelctricos. Como transmisor, estos cristales estn excitados por una seal elctrica que hacen vibrar la membrana a una frecuencia ultrasnica. Funcionando como

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detector o sensor, los cristales generan una pequea seal de tensin cuando la vibracin ultrasnica hace vibrar la membrana. Esto ocurre cuando la seal reflejada por la superficie retorna otra vez a la membrana. La diferencia de tiempo entre la seal transmitida y su eco, la llamamos tiempo de propagacin. La funcin analgica de tales sistemas de eco se ve potenciada por la tecnologa digital. La razn es la gran variedad de informacin que puede ser transferida digitalmente y la posibilidad de establecer un dilogo con el sensor. En efecto, con un sistema digital no slo es posible transmitir el tiempo de propagacin, sino que el sensor puede ser debidamente identificado y la seal enviada sincrnicamente con la temperatura. La informacin de nivel puede evaluarse mediante una tcnica basada en un perfil corrector, que permite no tener en consideracin ecos ocasionales o perturbaciones producidas por material en movimiento o producto mal mezclado.

Otros objetos, tales como las aberturas de alimentacin, los anillos internos de refuerzo del contenedor o los cordones de soldadura, tambin pueden reflejar la seal tan pronto quedan descubiertos. Estos falsos ecos permanentes pueden suprimirse elevando el umbral de deteccin de tales puntos en el microprocesador de evaluacin, de forma que no sean registrados.

7.7 Caudalmetro

El modelo utilizado es el ProBarTM Volumetric Flowmeter de la casa Rosemount (ver anexo).

Sus caractersticas principales son:

Es muy fcil de instalar.

Costes de operacin bajos debido a la bajada de presin.

Se ofrece como caudalmetro calibrado para alta precisin.

Salida de 4-20mA.

Grfica 7.7: Caudalmetro

7.8 Medidor de temperatura

Los elementos que forman parte de la lectura de la temperatura de cada una de las bombas son:

Termistor con coeficiente de temperatura positivo (PTC) que forma parte de una gama de termistores con coeficiente de temperatura positivo, ideal para uso en circuitos de

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aviso y de disparo que detecten temperaturas excesivas en equipos industriales. Entre sus ventajas destaca el poder conectar los termistores en serie (el circuito abierto es a prueba de fallos) de manera que se pueden controlar diversos puntos de temperatura en un equipo mediante un nico circuito de deteccin, ahorrando costes.

Cada dispositivo funciona bsicamente como una resistencia de valor bajo, (normalmente 100 ohmnios) a bajas temperaturas, y dicho valor de resistencia aumentar rpidamente, en un factor 100 aproximadamente, al superarse la temperatura de referencia T, previamente especificada. Se ofrece en dos versiones. La primera est formada por un pequeo disco PTC recubierto de resina y protegido por un manguito aislante de poliolefina irradiada. Su pequeo tamao es muy til cuando el espacio de deteccin es muy reducido, como por ejemplo en encapsulados, bobinados de motores, etc... Evidentemente ste el modelo que utilizaremos.

La segunda versin consta de un disco PTC embutido en un tornillo de montaje de aluminio ionizado, que puede roscarse fcilmente a disipadores de calor o a chasis de instrumentos ofreciendo una alta conductividad trmica.

Todas las versiones se suministran con cables de hilo de cobre baado en plata con aislamiento de PTFE codificados por colores, y de 200mm de longitud nominal.

Grfica 7.8: Termistor con coeficiente de temperatura positivo (PTC)

Convertidor de temperatura programable MCR

Los mdulos programables MCR-T convierten seales de temperatura de termistores, termo-resistencias y termopares, as como de sensores con curvas caractersticas mV lineales en seales analgicas normalizadas.

Opcionalmente se pueden conectar 2 termopares para medicin de temperatura diferencial.

La evaluacin de las seales medidas y la linealizacin de las curvas caractersticas de los sensores se efectan con un microprocesador. Un nivel analgico post-conectado convierte la seal, opcionalmente, separada galvnicamente en 0(4)-20mA, o en las seales inversas.

Adicionalmente, el mdulo MCR-T est equipado con una salida de conexin electrnica (salida por transistor PNP 100 mA/24V).

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Grfica 7.9: Convertidor de temperatura programable MCR

7.9 Detector de nivel absoluto

Measuring Principle Vibration Liquids

Characteristic / Application

compact device media independent Switch point 118mm

Supply / Communication

19 ... 253V AC 10 ... 55V DC-PNP

Ambient temperature -40 C ... 70 C (-40 F ... 158 F)

Process temperature -40 C ... 150 C (-40 F ... 302 F)

Process pressure absolute / max. overpressure limit

Vacuum ... 40 bar (Vacuum ... 580 psi)

Min. density of medium

0,7g/cm3

Main wetted parts 316Ti

Process connection G1A, NPT1", R1"

Sensor length 130mm (5.12")

Output AC, 2-wire DC-PNP, 3-wire

Certificates / Approvals

WHG/ Overfill prevention CSA GL marine

Tabla 7.1: Caractersticas del detector de nivel absoluto

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El modelo elegido es el FLT 260 de la marca Endress+Hauser, presentando las siguientes caractersticas:

Cuerpo de dimensiones reducidas. Ocupa poco espacio, se monta con facilidad incluso en lugares de difcil acceso.

Cuerpo robusto en acero inoxidable.

Indicacin del estado de conmutacin y pruebas exteriores para facilitar el control.

Bajo coste de conexin gracias al conector.

Este detector ha sido especialmente diseado para la deteccin de nivel en tanques, reservorios y depsitos.

7.10 Detector de vibracin.

El modelo elegido es el VS-5101. Este sensor est diseado para capturar, procesar e

imprimir datos de vibracin para cualquier superficie. El software de anlisis procesa

numricamente los datos para generar impresiones del desplazamiento, velocidad,

aceleracin, espectro de potencia y respuesta de choque. El sistema es capaz de

detectar vibraciones en un rango de frecuencias de 0 a 400 KHz, con frecuencias de

muestreo en el rango de 6.25K a 800K muestras por segundo, y puede almacenar hasta

64K de datos de muestras (2 bytes por muestra). El procesador del sistema, adquiere los

datos, realiza una conversin a digital, y transmite los datos a un PC para almacenarlos y

procesarlos posteriormente. El sensor laser tiene un rango de desplazamiento mximo

de 5 m, una velocidad mxima de 3.6 m/s y una resolucin de 0.00254 micras. El sensor

puede recibir una seal reflejada til procedente de gran variedad de superficies

especulares y / o reflectantes, permitiendo la medicin de la vibracin sin contacto.

Para superficies no reflectantes, puede usarse una lente para aumentar el retorno de la

seal. Este modelo viene con una salida analgica.

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7.11 SELECCIN DEL MICROCONTROLADOR PROGRAMABLE

Tabla 7.2: Seleccin y funciones del Microcontrolador

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7.11.1 CONFIGURACIN DEL MICROCONTROLADOR

Del apartado anterior resulta que se configurar lo siguiente en el Microcontrolador:

2 entradas digitales de 5 Vcc.

12 entradas analgicas.

16 salidas digitales de 5 Vcc, 20m A.

Un puerto de comunicaciones serie asncrono.

Si tomamos como referencia los Microcontroladores de la serie MICROSHIP PIC 18F4550 que dispone al menos de la siguiente periferia integrada:

Memoria Flash: 32Kbytes

Mximo nmero de instrucciones simples: 16384

Memoria SRAM: 2048 bytes

Memoria EEPROM: 256 bytes

Entradas / Salidas: 35

Nmero de entradas A/D: 13

Nmero de CCP: 1

Nmero de ECCP: 1

Soporta SPP: Si

Soporta SPI: Si

Soporta master I2C: Si

Nmero de EAUSART: 1

Nmero de comparadores: 2

Nmero de temporizadores de 8 bits: 1

Nmero de temporizadores de 16 bits: 3

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Universal Serial Bus (USB) module: Si

Tabla 7.3: Periferia Integrada del uC 18F4550

Podemos comprobar que este equipo cumple perfectamente las especificaciones impuestas por el sistema de control a implementar.

Grfica 7.11: Diagrama de Pines del Encapsulado del uC

7.11.2 VENTAJAS DEL MICROCONTROLADOR

Los Microcontroladores PIC son muy fciles de grabar, ya que solo necesitamos una

computadora. Un PIC se puede grabar mediante diferentes puertos, como por ejemplo

la serie o el USB. Estos son los dos ms populares que utilizan las plaquetas grabadoras

convencionales.

La gran ventaja de un PIC que no exista antes, es que nos permite controlar,

programar y sincronizar tareas electrnicas a travs del tiempo simplemente

realizando una correcta programacin. En el pasado no muy lejano, esto no era posible

ya que para controlar cada proceso era necesario un circuito muy complicado y

especfico para cada cosa que se necesite. En cambio, con un microcontrolador PIC,

este circuito integrado hace todo por nosotros.

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En el mercado existen varios software que nos ayudan a programar un

microcontrolador de este tipo, como por ejemplo el PICC, o el MPLAB, es decir, que los

PIC, estn muy extendidos y difundidos en la electrnica actual.

Existe una gran diversidad de Microcontroladores PIC en el mercado de Microchip y

sta tambin es una gran ventaja, ya que podemos elegir entre diversas caractersticas

que uno no tiene pero otro si, como cantidad de puertos, cantidad de entradas y

salidas, conversor Analgico - Digital, cantidad de memoria, espacio fsico, y este tipo

de cualidades que nos permiten tener una mejor eleccin de un PIC.

8 ESQUEMAS DEL SISTEMA

8.1 ESQUEMA DEL CIRCUITO

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Grafica 8.1 esquema electrico

8.2 DIAGRAMA DE FLUJO PARA EL SOFTWARE DEL CONTROL DE LAS BOMBAS

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Grafica 8.2 diagrama de flujo

8.3 USO DEL STOP

Grafica 8.3 diagrama de flujo

9 ESTRUCTURA DE DESGLOSE DE TRABAJOS

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10 ANALISIS DE RIESGOS

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11 CONCLUSIONES

Para poder abastecer a la zona de San Camilo es necesario utilizar mnimo dos bombas

para que trabaje durante 8 horas y as pueda absorber el agua a tratar.

El tratamiento mediante oxidacin de ozono es uno de los mtodos ms ecolgicos, ya que el ozono se encuentra autorizado como coadyuvante en el tratamiento de aguas potables.

Con el siguiente sistema el sector de San camilo quedar abastecido, dejando agua para poder beneficiar y solventar futuros proyectos.

El sistema de este proyecto controlar el crecimiento excesivo de la laguna, protegiendo y salvaguardando la estructura urbana de dicha zona, tales son como los postes de electricidad, pistas de comunicacin entre ciudades, etc.

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12 RECOMENDACIONES

Viendo las excesivas filtraciones que crearon la laguna, es recomendable cambiar el

mtodo de riego de la irrigacin de San camilo la Joya Nueva, ya que el mtodo que

utilizan es por gravedad y hay una gran prdida de agua.

El proyecto queda abierto a su mejoramiento y desarrollo de estudios futuros en donde se

pueda utilizar el agua sobrante y una mejor automatizacin.

Precaver todos los posibles contratiempos que puedan ocurrir durante la ejecucin del

proyecto.

Hacer mantenimiento de la bomba y los dems equipos mnimo una vez al mes.

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13 BIBLIOGRAFA

Sensor de temperatura y humedad

http://server-die.alc.upv.es/asignaturas/PAEEES/2008-09/Amarillo%20-

%20SENSOR%20DE%20TEMPERATURA%20Y%20HUMEDAD%20STH11%2

0v1%281%29.pdf

Microntroladores ARM

http://www.electron.frba.utn.edu.ar/materias/95-

0429/archivos/Cap10_2009_ARM7_apunte.pdf

Apuntes sobre laguna artificial San Camilo

http://www.arequipa24horas.com/2013/10/03/laguna-artificial-en-

pampas-de-san-camilo/

http://www.diarionoticias.pe/desarrollo/Local/137321262902/Cinco-

kil%C3%83%C2%B3metros-de-Panamericana-en-riesgo-debido-a-laguna-

artificial

Fuente commutadas DC-DC http://ocw.usal.es/eduCommons/ensenanzas-tecnicas/electronica/contenido/electronica/Tema4_Falimentac.pdf http://www.exemys.com/beta/espanol/productos/ethernet_industrial/DC-DC/index.shtml