Articulation:

Con lo visto anteriormente acerca de las características y principio de funcionamiento de un detector de nivel por conductividad, el sistema de reutilización de aguas tratadas “Water Wisely” propone un sistema para la detección y control de nivel, aplicable solo para el agua pura o limpia, cuyo principio de operación se explica a continuación:

Este dispositivo servirá para conocer el nivel de agua dentro del tanque, dicho nivel se indicará de forma visual mediante diodos LED.

El indicador de nivel de agua, será utilizado para conocer en que estado se encuentra el tanque, es decir, vacío, lleno o en un nivel intermedio.

En la figura 3.35 se muestra un diagrama esquemático del circuito, a continuación se hará una breve descripción del mismo.

Figura 3.35. Diagrama esquemático del indicador de nivel de agua.

El indicador de nivel utiliza como principio de operación la conducción eléctrica del agua. La idea básica, es colocar una serie de sensores dentro del contenedor de agua, a una altura que pueda ser de interés para el usuario, esto es, si se desea conocer cuando está en 1/8 de su capacidad, en 1/4 ,etc. También, en el fondo del tanque se debe poner un elemento que es común al circuito y a cada uno de los sensores, los cuales se llevan mediante diferentes cables hasta el circuito.

De esta forma, cuando el nivel de agua esté en contacto con uno de los sensores, se llevará a cabo la unión eléctrica entre el común, que yace en el fondo, y dicho sensor. Esta señal es captada por el circuito y traducida en una señal visual, que al final es la que puede percibir el usuario desde su ubicación.

El componente central del proyecto es un circuito integrado ULN2803, el cual posee internamente un grupo de transistores NPN configurados especialmente para el manejo de cargas. En la base de los mismos, se conecta la señal proveniente de los sensores a través de resistencias de 10 kΩ y en su salida, por el colector, se conectan los diodos led indicadores de nivel a través de resistencias de 560 Ω, que son requeridos para proteger a los mismos de la tensión que se maneja.

Dado que la terminal común tiene señal positiva, cuando existe contacto a través del agua con uno de los sensores, se genera una polarización directa en el transistor asociado, por lo tanto, entra en conducción haciendo que el diodo led que está conectado en el colector del transistor se encienda. Así se tienen los cuatro sensores haciendo contacto con el agua, se encenderán los cuatro diodos led dependiendo del nivel de agua que se encuentre en el tanque.

Este método presenta la ventaja de que el tanque puede ser de cualquier tamaño ya que los sensores se pueden ubicar en la profundidad que el usuario lo desee. Para construir los sensores que se introducen dentro del agua, se utiliza cualquier objeto metálico que conduzca electricidad. En este caso, utiliza cables de acero inoxidable desde las terminales hasta el interior del tanque. Allí, se ubica una varilla de acrílico en donde situamos unos tornillos a la altura que sea de interés y en ellos se conectan dichos cables.

El circuito integrado ejemplificado en la figura 3.36, posee internamente un grupo de transistores NPN, los cuales tienen el emisor unido a tierra, la base conectada a la entrada a través de una resistencia y el colector se lleva directamente a la salida. Con esta configuración, el transistor se comporta como un inversor. Por lo tanto, si se aplica en la base una señal positiva, el colector pone su salida en un nivel bajo. Estos transistores o buffers tienen la capacidad de corriente hasta de 500 mA, lo que los hace aptos para el manejo de cargas como relés, entre otros.

Además, los diodos que unen los colectores de los transistores y el punto común, que se conecta a la fuente positiva, protegen a los transistores de posibles daños al manejar cargas inductivas.

Figura 3.36. Circuito integrado ULN2803. Controlador de nivel para el tanque agua tratada.

Una vez que se tiene el indicador de nivel, el siguiente paso es agregar al circuito un sistema para controlar válvulas, esto se hace con ayuda de diversos solenoides que en un momento dado permiten el paso de aguas grises al drenaje y que restringen el paso del agua tratada al tanque correspondiente y a su vez controlan las bombas que se utilizan en el sistema de tratamiento (sistema de filtración y ósmosis inversa).

Para lograr ello, se diseñó un arreglo que sirve para generar una interfaz de potencia entre la señal que se genera del indicador y la señal que requieren los solenoides y las bombas, justo como se muestra en la figura 3.37. Desde luego, este arreglo se conecta a la salida que corresponde al sensor ubicado en la parte más alta del tanque, pues es aquella sobre la cual se va a trabajar.

Primeramente se tiene una serie de transistores (TIP45) conectados a cada una de las bobinas de los relevadores (alimentados con 12 VCD) y en los contactos de los relevadores se conectan cada uno de los dispositivos que se utilizan en esta parte del proceso (la alimentación dependerá de las especificaciones de cada elemento a controlar).

Una vez que el indicador de nivel detecta un nivel alto, se genera una señal eléctrica en una terminal dada, cuando esto sucede, esta señal llega directamente a la base de los transistores, la cuál creará un puente entre el colector y el emisor provocando que las bobinas de los relevadores de núcleo móvil se exciten con una tensión de 12 VCD y a una corriente de 500 mA que ha sido amplificada por el TIP41, con esto, los contactos en los relevadores se abrirán o cerrarán dependiendo si son normalmente abierto (N.A.) o normalmente cerrados (N.C.). Todo esto genera una conmutación de corriente directa a corriente alterna.

En el caso de la válvula que impide la entrada de agua de suministro hacia el tanque de agua tratada, el relevador que se utiliza es N.A., debido a que en condiciones normales de operación, debe permanecer abierta, pero cuando existe un nivel alto, éstos contactos se cierran activando el solenoide de la válvula que impide el paso del fluido a la siguiente parte del proceso.

Para las bombas que se utilizan en el sistema de filtración y en el sistema de ósmosis inversa, el relevador que se utiliza es N.C., ya que en condiciones normales de operación, las bombas se mantienen alimentadas con energía eléctrica, haciendo que transporten el agua hacia otra parte del proceso, pero cuando existe un nivel alto, los contactos se cierran quitando la alimentación a las bombas y en consecuencia dejan de operar.

Finalmente, pera el caso de la bomba sumergible, el relevador que se utiliza es N.C., ya que en condiciones normales de operación, la bomba se mantiene alimentada con energía eléctrica, haciendo que transporte el agua hacia la parte superior del edificio, pero cuando existe un nivel bajo, los contactos se cierran quitando la alimentación a las bomba y en consecuencia deja de operar.

Para todos los casos, en cuanto el sistema regresa a las condiciones normales de operación, los contactos vuelven a su posición original.

Figura 3.37 Diagrama físico del control de nivel para el agua tratada

Sin embargo, una limitante del medidor de nivel por conductividad es que las grasas que se encuentran en suspensión en el agua gris pueden alterar su funcionamiento y generar mediciones erróneas. Es por esto que para los tanques de recepción de aguas grises se propone una sonda con revestimiento de teflón para evitar que la suciedad se quede pegada.

3.6. Análisis del agua tratada como producto final del sistema de