Control automático de nivel de tanque con 555

¡Cansado de oír a sus vecinos gritar – Peeeepeee, se botan los tanques! ¿Molesto porque su bomba de agua se quemó al quedarse vacía la cisterna? ¿Ha intentado hacer una maestría en automatización industrial pensando en resolver el asunto?

Pues bueno aquí les traigo una solución bastante barata que puede hacer en casa. No se necesita altos conocimientos de electrónica solo voluntad y las piezas.

En Cuba el agua que se bombea por la red hidráulica es insuficiente, tanto en cantidad como en número de ciclos para abastecer a la población, por lo que se hace necesario crear depósitos de agua y/o utilizar una bomba “ladrona de agua”, para luego ser bombeada a tanques elevados para su uso. Cuando este proceso no se realiza de manera automática origina diversas molestias. Existen muchas soluciones para la automatización de un sistema de suministro doméstico de agua, en este caso particular, nos concentraremos en una variante sencilla, económica, robusta y de pocos requisitos de mantenimiento: un sensor de nivel por electrodos.

Diagrama del Proyecto

El sistema consta de los sensores, el módulo de indicación y el de control.

Sensor


Los sensores se pueden construir con varillas de bronce y un trozo de tubería plástica rellena de silicona termofusible, formando un «tenedor», para cada caso particular puede adecuar los materiales a los que disponga, sin olvidar que los electrodos deben ser resistentes a la corrosión. Este tipo de sensor basa su funcionamiento en la conductividad del agua potable, por lo general y en dependencia de la cantidad de sales disueltas en ella, presenta una resistencia entre 10KΩ y 50KΩ. Un detalle muy importante, el sensor NO funciona con sustancias no conductoras de la electricidad o de alto coeficiente dieléctrico, p.ej. gasolina. Si desea controlar una bomba para una cisterna y un tanque, necesita 2 sensores (nivel alto y nivel bajo) para la cisterna y 2 para el tanque. Otra forma de instalación para casos donde no exista cisterna es construyendo un sencillo «sensor de ceba». Se debe intercalar una sección de tubería plástica a la salida de la bomba con 3 tornillos de bronce roscados hasta el interior de esta caña, haciendo función de electrodos. Le recomiendo hacerlo con uniones universales, aunque la tubería original sea plástica, esto permitirá retirar la sección para los mantenimientos. Incluso, si dispone de un sensor mecánico (o de otro tipo) que evite el completo vaciado de la cisterna, puede instalar el sistema en esta configuración y así evitar que la bomba arranque seca debido a una válvula (cheque) defectuosa.

El módulo indicador consta de 3 LEDs y se puede colocar remotamente para visualizar el estado del módulo de control. Se muestran 3 condiciones: sistema alimentado, presencia de agua en cisterna, bomba encendida.

Esquema

El versátil NE555 es el corazón de este circuito, el módulo de control está construido con dos de ellos. Resulta muy conveniente de que este circuito integrado contenga en un solo encapsulado un flip-flop de tipo RS y dos comparadores, es con estos elementos que se encuentra implementada una especie de báscula o “cachumbambé”. Existe gran cantidad de literatura sobre el funcionamiento del NE555, no siendo objeto del presente artículo hacer una descripción detallada del mismo. El principio de operación que vamos a aprovechar de este IC es el siguiente: cuando la entrada TH se polariza a una tensión superior a 2/3 de la tensión de alimentación (VCC), el primer comparador activa el Reset del flip-flop, apareciendo un nivel alto en el pin 3; cuando la entrada TR baja de 1/3 de VCC, el segundo comparador activa el Set, imponiendo el flip-flop un nivel bajo en el pin 3. Cuando el agua hace contacto con los electrodos varía la tensión de polarización impuesta por R3-R4(TH y TR) para U1, y de R10-R11(TH y TR) para U2. Para U1, R3-R4 mantienen la tensión cerca de VCC, cuando el agua moja los contactos la tensión baja debido a que el electrodo común se encuentra conectado al negativo, para el caso de U2 y R10-R11 es lo contrario. Cuando en la cisterna hay agua U1 entrega un nivel alto por su salida 3 (encendiendo el indicador correspondiente) y deja «flotar» el pin 7, esto permite al pin 4 de U2 (reset) tener un nivel alto para operar con normalidad. Cuando la cisterna se vacía U1 impone un nivel bajo en el pin 3 y «hala» a nivel bajo el pin 7, con esto se bloquea el funcionamiento de U2, evitando así que la bomba arranque. Conociendo este principio se pueden añadir botones de arranque-parada en paralelo a los bornes de conexión de los sensores. Las redes R1C2, R2C3, R8C4 y R9C5 atenúan la interferencia en las entradas de U1 y U2 inducidas en los cables de los sensores. El circuito se alimenta a través de un regulador lineal de tensión 7805 con un diodo zener en su referencia, esto permite más flexibilidad para la elección del transformador. Si dispone de un regulador 7809 se puede omitir el zener, poniendo el pin de referencia del regulador directamente al negativo.

El circuito se comporta de la siguiente manera: Cuando el tanque elevado se vacía y el agua deja de tocar el sensor más bajo, el circuito activa la bomba, cuando el tanque se llena y el nivel de agua alcanza el sensor alto, la bomba para y no vuelve a arrancar hasta que ocurra la primera condición. Cuando el nivel de la cisterna es demasiado bajo, queda bloqueado el funcionamiento de la bomba, el agua debe subir a tal nivel que cubra ambos sensores, esta histéresis sirve para evitar que la bomba arranque y pare muy seguido si está entrando agua a la cisterna. La altura a la que se encuentren colocados los sensores determinará los niveles de arranque-parada.

Protección


El circuito principal no cuenta con un sistema de protección por falta de ceba en el motor, se puede añadir un sencillo circuito para este propósito. En caso de que no exista presencia de agua en la tubería de salida del motor, la base del transistor Q2 queda sin polarización, esto hace que R3 polarice en saturación a Q1 y este “hale” a un nivel bajo el pin de Reset de U2, el cual se encuentra polarizado con R12, inhibiendo de esta forma el funcionamiento de la bomba. Cuando los contactos se encuentran sumergidos, la base de Q2 queda polarizada, haciendo que este deje sin polarización a Q1, el cual deja “flotar” el pin 4 de U2.

PCB

Acerca del circuito impreso:

El circuito impreso no contiene el módulo protección. Las entradas L1 y L2 alimentan el transformador desde la red eléctrica, este debe tener un primario de 120V o 240V (según su caso) y un secundario 11-14V a no menos de 300mA. Si dispone de una fuente de corriente directa con salida estabilizada, el circuito funciona con cerca de 10V después del regulador. Entre los terminales F1 y F2 se debe colocar un fusible de 200mA, si no dispone de uno, puede usar un alambre fino de cobre (como el que se usa en las bobinas de auriculares) y luego cubrirlo con algún tipo de barniz para protegerlo de la corrosión. El relé debe ser con bobina de 12V y valores de conmutación adecuados para la bomba que va a manejar, un relé de protector de refrigeración suele ser suficiente (12A). El circuito impreso puede no ser compatible con la configuración de los pines del relé que usted dispone. Si la bomba a accionar es de más de 10A, recomiendo usar el relé para accionar un contactor magnético de mayor capacidad. Del pin 3 de U2 a R14 va un puente que no se nota en el circuito impreso.

Aquí les dejo el diseño del PCB y la distribución de componentes.

Instalación y mantenimiento:

La interconexión de los sensores y el módulo de control se realiza mediante cables de 4 vías o de tipo UTP, esto permite tender un solo cable hasta cada depósito y luego bifurcar las conexiones a cada sensor. Si solo cuenta con cable bifilar, tendrá que colocar uno para cada sensor. La longitud máxima del cable probada hasta el momento es de 30 metros, aunque en teoría la distancia máxima pudiera llegar a ser de 70 metros. El mantenimiento de los sensores se debe realizar aproximadamente cada 8 meses, consiste en remojar los sensores en una disolución de ácido cítrico al 15% o zumo de limón concentrado durante una hora. Esto permite eliminar sin dificultad las concreciones de carbonato de calcio en los electrodos y no es tóxico, es un factor a tener en cuenta tratándose de agua potable. En caso de no tener este ácido, se puede usar vinagre.

Producto Final

Si desean hacerle cambios y simularlo en proteus les dejo el proyecto.

Responsabilidad:

Si usted decide construir este proyecto lo hace a su total cuenta y riesgo. Los que hemos publicado y desarrollado este proyecto no nos hacemos responsables por cualquier daño o perjuicio que pueda derivar de la construcción o explotación del mismo.

Este tutorial fue creado por nuestro querido amigo Antón Walfridovich Mesa (AKA @Tontrack) cualquier duda o sugerencia déjenla en los comentarios.

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Sobre Alexander Rivas Alpizar 56 artículos
Administrador de Redes EMPRESTUR Cienfuegos

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