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Descripción de la elaboración de un indicador automático aplicado a una empresa cervecera dentro de la ciudad de Trujillo.
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PLAN DE PROYECTO
1. TITULO: “CONSTRUCCIÓN DE UN INDICADOR AUTOMÁTICO DEL NIVEL DE LÍQUIDO APLICADO A UNA EMPRESA DEDICADA A LA PRODUCCIÓN DE CERVEZA PARA OPTIMIZAR EL PROCESO DE
ALMACENAJE EN LA CIUDAD DE TRUJILLO”
2. AUTORES:
Julio Winston Torres Cabrera Daniel Eduardo Luperdi Correa María Paz Delgado Galloso Marly Zoraida González Corvera Anacelly Hernández Calderón
3. Duración del proyecto
9 semanas del 01 de septiembre al 26 de octubre del 2015
4. Cronograma de ejecución del proyecto
ETAPAS FECHA DE INICIO
FECHA DE TERMINO
DEDICACION SEMANAL (Hrs)
T1 01/09/2015
27/09/2015 8 Hrs.
T1-Opción 2 28/09/2015
27/10/2015 10 Hrs.
T2-Opción 2 28/10/2015
10/11/2015 4 Hrs.
T3 11/11/20
1512/11/2015 12 Hrs.
TOTAL 22 Hrs.
5. Distribución de actividades de Proyecto por Especialización
ACTIVIDAD
RESPONSABLE
FECHA DE ENTREGA
AUTOEVALUACION
OBSERVACIONES
Información
Julio Torres 27/10/2015 CumplióTrabajó
ordenadamePresenta Daniel 27/10/2015 Cumplió
1
ción Luperdi nteRedacción
María Paz Delgado
27/10/2015 Cumplió
Redacción
Marly González
27/10/2015 Cumplió
Redacción
Anacelly Hernández
27/10/2015 Cumplió
1. RESUMEN
El presente proyecto tuvo por objetivo el construir un
indicador automático del nivel de líquido de un tanque de
almacenaje de una empresa dedicada a la producción de
cerveza, que complementó la temática desarrollada en el curso
de Física II, “Conductividad eléctrica” impartido por la Escuela
de Ingeniería Industrial de la Universidad Privada del Norte en
la ciudad de Trujillo.
En este proyecto se utilizó la característica de la
conducción eléctrica de los líquidos. La idea básica, fue colocar
una serie de sensores dentro del tanque de almacenaje, a una
altura que pueda ser de interés para el usuario. También, en el
fondo del tanque se debió poner un elemento que es común al
circuito y a cada uno de los sensores, los cuales se llevan
mediante un cable hasta el circuito. De esta forma, cuando el
nivel de agua estuvo en un nivel en el que hace contacto con
uno de los sensores, se tuvo una 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.
Cada componente del equipo se ha probado
individualmente y el funcionamiento en general es aceptable.
El mayor inconveniente lo presentaron las fuentes de energía
2
debido a que la precisión de la medición fue acorde al desgaste
de la fuente energética.
Se determinó que se pudo reemplazar esta fuente de
energía a una alternativa para un aprovechamiento continuo y
estableciendo así un funcionamiento sin desgaste.
Finalmente, se realizó el ensamblado de las partes, y al
hacer 10 repeticiones para 10 volúmenes diferentes se observó
que se ha podido determinar con exactitud los diez niveles de
agua para cada caso.
Se concluyó que la aplicación del indicador automático fue
satisfactoria para el uso en prácticas de control automático del
nivel de líquido de un tanque de almacenaje, haciendo la
salvedad que por un corto tiempo. Se recomendó el reemplazo
de la fuente energética principal actual por una alternativa; así
mismo, cambiar el material del sensor de un plástico PVC por
metal antioxidante.
2.-PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
¿Cómo determinar el nivel de líquido de un tanque de
almacenaje?
3.- FORMULACIÓN DE HIPÓTESIS
Para poder determinar el nivel de líquido de un tanque de
almacenaje se utilizará un indicador automático.
4. OBJETIVOS
4.1. GENERALES
Elaborar un indicador automático que sea capaz de
determinar el nivel de líquido a partir un circuito
integrado.
3
4.2. ESPECÍFICOS
Elaborar un circuito integrado ULN2803.
Determinar el volumen del líquido almacenado.
Determinar el nivel del líquido (altura) almacenado.
5.-FUNDAMENTO TEÓRICO, ANTECEDENTES Y
JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA
5.1. FUNDAMENTO TEÓRICO
a) Conductividad eléctrica.-
La conductividad eléctrica es la medida de la
capacidad (o de la aptitud) de un material para dejar
pasar (o dejar circular) libremente la corriente
eléctrica. La conductividad depende de la estructura
atómica y molecular del material. Los metales son
buenos conductores porque tienen una estructura
con muchos electrones con vínculos débiles, y esto
permite su movimiento. La conductividad también
depende de otros factores físicos del propio material,
y de la temperatura.
a.1) Conductividad en medios líquidos
4
La conductividad electrolítica en
medios líquidos (Disolución) está relacionada con la
presencia de sales en solución, cuya disociación
genera iones positivos y negativos capaces de transportar
la energía eléctrica si se somete el líquido a un campo
eléctrico. Estos conductores iónicos se
denominan electrolitos o conductores electrolíticos.
Las determinaciones de la conductividad reciben el
nombre de determinaciones conductométricas y tienen
muchas aplicaciones como, por ejemplo:
En los estudios de laboratorio para determinar el
contenido de sales de varias soluciones durante la
evaporación del agua (por ejemplo en el agua de
calderas o en la producción de leche condensada).
En el estudio de las basicidades de los ácidos,
puesto que pueden ser determinadas por
mediciones de la conductividad.
Para determinar las solubilidades de electrólitos
escasamente solubles y para hallar
concentraciones de electrólitos en soluciones por
titulación.
b) Condensadores
Un condensador, a veces denominado con el
anglicismo capacitor, es un dispositivo formado por dos
conductores ó armaduras, generalmente en forma de
placas o láminas, separados por un material dieléctrico,
que sometidos a una diferencia de potencial adquieren
una determinada carga eléctrica.
5
Los condensadores son componentes pasivos
diseñados con el fin de almacenar energía electrostática
o presentar una capacidad eléctrica determinada.
A esta propiedad de almacenamiento de carga se le
denomina capacidad, y en el Sistema internacional de
unidades se mide en Faradios (F), siendo un faradio la
capacidad de un condensador en el que, sometidas sus
armaduras a una diferencia de potencial de 1 voltio,
estas adquieren una carga eléctrica de 1 culombio.
La capacidad de 1 faradio es mucho más grande que la
de la mayoría de los condensadores, por lo que en la
práctica se suele indicar la capacidad en µF = 10-6
Faradios, nanoF = 10-9 Faradios y picoF = 10-12
Faradios.
En cuanto al aspecto constructivo, tanto la forma de
las placas o armaduras como la naturaleza del material
dieléctrico es sumamente variable. Así tenemos
condensadores formados por placas, usualmente de
aluminio, separadas simplemente por aire, por materiales
cerámicos, mica, poliéster, papel ó incluso por una capa
de óxido de aluminio obtenido por medio de la
electrolisis.
Los condensadores suelen usarse para:
Baterías, por su cualidad de almacenar energía
Memorias, por la misma cualidad
Filtros
c) Resistencia eléctrica.-
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Se le denomina resistencia eléctrica a la igualdad de
oposición que tienen los electrones al moverse a través
de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema
Internacional es el ohmio, que se representa con la
letra griega omega (Ω), en honor al físico alemán Georg
Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su
nombre.
Para un conductor de tipo cable, la resistencia está dada
por la siguiente fórmula:
Donde ρ es el coeficiente de proporcionalidad o
la resistividad del material, es la longitud del cable
y S el área de la sección transversal del mismo.
La resistencia de un material depende directamente
de dicho coeficiente, además es directamente
proporcional a su longitud (aumenta conforme es mayor
su longitud) y es inversamente proporcional a su sección
transversal (disminuye conforme aumenta su grosor o
sección transversal)
d) Diodo
Un diodo es un dispositivo que permite el paso de la
corriente eléctrica en una única dirección. De forma
simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta
de dos regiones, por debajo de cierta diferencia de potencial,
se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por
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encima de ella como un circuito cerrado con muy pequeña
resistencia eléctrica.
Debido a este comportamiento, se les suele
denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de
convertir una corriente alterna en corriente continua.
c.1.) Diodo pn ó Unión pn
Los diodos pn son uniones de dos materiales
semiconductores extrínsecos tipos p y n, por lo que también
reciben la denominación de unión pn. Hay que destacar que
ninguno de los dos cristales por separado tiene carga
eléctrica, ya que en cada cristal, el número de electrones y
protones es el mismo, de lo que podemos decir que los dos
cristales, tanto el p como el n, son neutros. (Su carga neta es
0).
Al unir ambos cristales, se manifiesta una difusión de
electrones del cristal n al p (Je).
Al dispositivo así obtenido se le denomina diodo, que
en un caso como el descrito, tal que no se encuentra
sometido a una diferencia de potencial externa, se dice que
no está polarizado. Al extremo p, se le denomina ánodo,
representándose por la letra A, mientras que la zona n, el
cátodo, se representa por la letra C (o K).
Cuando se somete al diodo a una diferencia de tensión
externa, se dice que el diodo está polarizado, pudiendo ser la
polarización directa o inversa.
Este diodo tiene un amplio margen de aplicaciones:
circuitos rectificadores, limitadores, fijadores de nivel,
protección contra cortocircuitos, demoduladores,
8
mezcladores, osciladores, bloqueo y bypass en instalaciones
fotovolcaicas, etc.
e) Circuito integrado.-
Un circuito integrado (CI), también conocido como chip
o microchip, es una estructura de pequeñas dimensiones de
material semiconductor, de algunos milímetros cuadrados de
área, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos
generalmente mediante fotolitografía y que está protegida
dentro de un encapsulado de plástico o de cerámica. El
encapsulado posee conductores metálicos apropiados para
hacer conexión entre el Circuito Integrado y un circuito
impreso.
Fig. N°01.- Circuitos integrados de memoria con una ventana de cristal de cuarzo
e.1) Circuito integrado ULN2803
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El circuito integrado ULN2803 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
capacidad de corriente hasta de 500mA, lo que los hace
aptos para el manejo de cargas como relés, entre otros.
Además, los diodos que unen los colectores a la fuente
positiva, protegen los transistores de posibles daños al
manejar cargas inductivas.
f) LED
Un diodo LED, acrónimo inglés
de Light Emitting Diode (diodo emisor de luz) es un
dispositivo semiconductor que emite luz monocromática
cuando se polariza en directa y es atravesado por la
corriente eléctrica. El color depende del material
semiconductor empleado en la construcción del diodo,
pudiendo variar desde el ultravioleta, pasando por el
espectro de luz visible, hasta el infrarrojo, recibiendo éstos
últimos la denominación de diodos IRED (Infra-
Red Emitting Diode).
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El dispositivo semiconductor está comúnmente
encapsulado en una cubierta de plástico de mayor
resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en
las lámparas incandescentes. Aunque el plástico puede estar
coloreado, es sólo por razones estéticas, ya que ello no
influye en el color de la luz emitida.
Para obtener una buena intensidad luminosa debe
escogerse bien la corriente que atraviesa el LED; el voltaje
de operación va desde 1,5 hasta 2,2 voltios
aproximadamente, y la gama de intensidades que debe
circular por él va desde 10 hasta 20 mA en los diodos de
color rojo, y de 20 a 40 mA para los otros LEDs
f.1.) Tecnología LED/OLED
En directa, todos los diodos emiten una cierta cantidad
de radiación cuando los pares electrón-hueco se recombinan,
es decir, cuando los electrones caen desde la banda de
conducción (de mayor energía) a la banda de valencia (de
menor energía). Indudablemente, la frecuencia de la
radiación emitida y, por ende, su color, dependerá de la
altura de la banda prohibida (diferencias de energía entre las
bandas de conducción y valencia), es decir, de los materiales
empleados. Los diodos convencionales, de silicio o germanio,
emiten radiación infrarroja muy alejada del espectro visible.
Sin embargo, con materiales especiales pueden conseguirse
longitudes de onda visibles. Los diodos LED e IRED, además
tienen geometrías especiales para evitar que la radiación
emitida sea reabsorbida por el material circundante del
propio diodo, lo que sucede en los convencionales.
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g) Transistor
El término transistor es la contracción de transfer
resistor, es decir, de resistencia de transferencia. El
Transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que
se utiliza como amplificador o conmutador electrónico. Es un
componente clave en toda la electrónica moderna, donde es
ampliamente utilizado formando parte de conmutadores
electrónicos, puertas lógicas, memorias de ordenadores y
otros dispositivos. En el caso de circuitos analógicos los
transistores son utilizados como amplificadores, osciladores
y generadores de ondas.
En los transistores bipolares, una pequeña señal
eléctrica aplicada entre la base y emisor modula la corriente
que circula entre emisor y colector. La señal base-emisor
puede ser muy pequeña en comparación con la emisor-
colector. La corriente emisor-colector es aproximadamente
de la misma forma que la base-emisor pero amplificada en
un factor de amplificación "Beta".
El transistor se utiliza, por tanto, como amplificador.
Además, como todo amplificador puede oscilar, puede
usarse como oscilador y también como rectificador y como
conmutador on-off.
El transistor también funciona, por tanto, como un
interruptor electrónico, siendo esta propiedad aplicada en la
electrónica en el diseño de algunos tipos de memorias y de
otros circuitos como controladores de motores de DC y de
pasos.
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h) Proceso de elaboración de la cerveza.-
La industria cervecera abarca en el comercio exterior
una demarcada importancia. Se puede decir que en cada
país es necesaria su instalación e implementación puesto
que la mayoría de estas empresas cerveceras están
asociadas y la mayor parte de ellas cuentan con una
acreditación de calidad lo que desarrolla en nivel
tecnológico, ya sea como parte de la industria alimenticia
que da cabida a innovaciones y mejoras aplicables, además,
de producir ingresos al sector.
i) Equipamiento industrial en una planta cervecera
Materias primas
Malta
Está constituida por granos de cebada
germinados durante un periodo limitado de tiempo, y
luego desecados. Generalmente la malta utilizada en la
fabricación de la cerveza, no es elaborada en al propia
fábrica sino obtenida directamente de proveedores
externos.
Lúpulo
El lúpulo es un ingrediente insustituible en la
elaboración de la cerveza y no tiene ningún
sucedáneo. El lúpulo es indispensable para la
elaboración de la cerveza, su sabor amargo agradable
y su aroma suave característico, contribuye además, a
su mejor conservación y a dar más permanencia a la
espuma.
13
Adjuntos (Grits)
Debido a la alta fuerza diastásica (fermento) de
la malta es necesario agregar cereales no malteados a
la cerveza para que su estabilidad sea buena. El uso de
adjuntos produce cervezas de un color más claro con
un sabor más agradable con mayor luminosidad y
mejores cualidades de aceptación de enfriamiento.
Agua
Las características del agua de fabricación
influyen sobremanera en la calidad de la cerveza.
En la fabricación de cerveza se utiliza agua potable
y sus características organolépticas deben ser
completamente normales.
Levadura
Son hongos microscópicos unicelulares que
transforman los glúcidos y los aminoácidos en alcohol
y CO2. Las cervezas elaboradas con levaduras
flotantes (es decir, aquellas que flotan en la superficie
del mosto en fermentación) reciben el nombre de
tipo ale; las cervezas que se elaboran con levaduras
que fermentan en el fondo de la cuba reciben el
nombre de tipo lager. En el caso de las cervezas
14
tipo lager, el hongo utilizado es el Saccharomyces
carlsbergensis
j) Proceso de Elaboración de la Cerveza
Manejo de las materias primas
Una vez que la malta llega a la fábrica puede ser
acopiada en unos silos de almacenamiento o pasar
directamente al edificio de cocinas (es la parte donde
comienza a tratarse la malta). En el transcurso al
edificio de cocinas, la malta es sometida a un proceso
de limpieza para retener las impurezas que se
encuentren mezcladas (piedras, espigas, metales,
etc.). De manera similar, ocurre con los adjuntos.
Adecuación de las materias primas
Una vez que las materias primas (malta y
adjuntos) han sometidos a los tratamientos adecuados
de limpieza, son molidas al grado necesario para
poderlas someter a los procesos: la malta pasa luego
del molido por un proceso de tamizado en el que se
selecciona las partículas de acuerdo al tamaño del
tamiz.
Obtención del mosto
En la olla de crudos se vierte la totalidad del
grits, más un 15% de malta con relación al grits,
acondicionando un volumen de agua adecuado hasta
obtener una masa uniforme por medio de agitación
constante. Esta masa se hace hervir
15
por espacio de unos minutos con el fin de encrudecer
el almidón para facilitar el ataque de las enzimas. Al
mismo tiempo que se hierve la masa de crudos, el
resto de harinas de malta está en la olla de mezclas, a
una temperatura de 50 a 55º C, con una cantidad
también adecuada de agua, solubilizando sus
componentes valiosos (maceración). Al final se obtiene
de la olla de crudos, una masa hervida y apta para ser
atacada por las enzimas y en la olla de mezclas una
masa de malta cuyas enzimas están listas para actuar
sobre el material crudo. Los crudos a una temperatura
de 98º C son bombeados a la olla de mezclas, con
agitación constante, obteniéndose una temperatura de
70 a 72º C. Luego la solución completa se somete a
una temperatura de unos 76º C, temperatura a la cual,
la acción enzimática es sumamente rápida y
transforma la totalidad de los almidones en azúcares.
Esta solución obtenida tiene muchas partículas en
suspensión lo cual nos obliga a filtrarla.
De la olla de mezcla pasa la masa a la olla de
filtración, de la cual se obtiene, un líquido claro y
azucarado llamado mosto; esta operación se conoce
como primera filtración. Los materiales sólidos que
quedan después de está filtración, quedan libres de
mosto, pero se encuentran saturados de sustancias
solubles aún valiosas; por este motivo se vierte sobre
la olla de filtración agua a una temperatura de unos
75º C, comenzando la segunda filtración. Este mosto
segundo, se reúne con el mosto de la primera
16
filtración; de esta forma se obtiene en la olla de
cocción el mosto total. En esta olla, durante un período
largo de ebullición, se logra la destrucción de
microorganismos. Durante este proceso de cocción, se
agrega el lúpulo con el propósito de suministrar las
sustancias amargas y aromáticas que dan el sabor
característico a la cerveza; a más de esto, el proceso
busca la inactivación de enzimas para evitar
degradaciones y la coagulación de ciertas sustancias
nitrogenadas que pueden causar turbidez si no se
toman en cuenta.
Obtención de la cerveza
El mosto saliente de la olla de cocción se envía al
tanque de sedimentación. En este se retienen los
materiales sólidos presentes en el mosto.
El mosto libre de partículas en suspensión se
bombea del tanque de sedimentación al tanque de
fermentación. En este trayecto se enfría el mosto,
empleando un equipo de refrigeración, a una
temperatura entre 5 y 10º C que es la adecuada para
la fermentación alcohólica; también se procede a
airear el mosto antes de agregar la levadura pero sin
dejar subir la temperatura para impedir el desarrollo
de agentes contaminantes. El mosto frío y aireado se
recibe en los Uni-Tank (que realizan el proceso de
fermentación y de maduración), donde se les inyecta la
17
levadura. En estos tanques se tiene en si la
transformación del mosto en cerveza, ya que las
enzimas contenidas en la levadura actúan sobre
algunos de los compuestos presentes en el mosto. En
el tiempo de fermentación de 5 a 7 días, se realiza la
transformación fundamental de azúcar en alcohol y
gas carbónico. Después de este proceso se obtiene la
llamada cerveza verde, la cual es una bebida
alcohólica con algo de gas carbónico; a esta cerveza le
falta el afinamiento del sabor que se obtiene con la
maduración. Una vez terminados los días de
fermentación, la cerveza verde se bombea hacia los
Uni-Tank de maduración al mismo tiempo que se baja
su temperatura hasta una lo más próxima a los 0º C.
En estos tanques permanece por periodo de 3 a 4
semanas. Luego la cerveza se filtra eliminando hasta el
máximo las materias insolubles, como levadura o
proteínas coaguladas que puedan contener. Una vez
filtrada la cerveza, viene el proceso de carbonatación
que consiste en una inyección de gas carbónico cuyo
contenido es el necesario para que la cerveza produzca
una buena formación de espuma. La cerveza saliente
de los filtros y carbonatada, se recibe en los tanques
de almacenamiento.
Terminación y envase
De aquí pasa a la llenadora de botellas, donde se
busca envasar la cerveza a un nivel fijo dentro de las
18
botellas en las mejores condiciones asépticas posibles,
con la menor agitación para eliminar la pérdida de gas
carbónico, sin aumento de temperatura y sin inyección
de aire. A pesar de que las botellas de envase han sido
previamente esterilizadas, y en todo su recorrido la
cerveza ha sido perfectamente controlada contra las
infecciones, se debe pasteurizar, para garantizar su
conservación durante periodos largos. La
pasteurización consiste en calentar la cerveza a 60º C
durante un corto tiempo, con el objeto de eliminar
residuos de levadura que pueden pasar en la filtración.
FIG. 02. DIAGRAMA DE BLOQUES DE LA ELABORACIÓN DE LA
CERVEZA
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20
DIAGRAMA DE TRANSFORMACIÓN DE CERVEZA
k) Ciudad de Trujillo
Trujillo es una ciudad de la costa norte peruana, capital
de la provincia homónima y del departamento de La
Libertad.13 La ciudad se encuentra ubicada a una altitud
media de 34 msnm en la margen derecha del río Moche a
orillas del Océano Pacífico, en el antiguo valle de “Chimo”
hoy Valle de Moche o Santa Catalina.
Es la tercera ciudad más poblada de Perú, al año 2014
contaba con una población estimada de 788 236 habitantes,
de acuerdo a información del Instituto Nacional de
Estadística e Informática (INEI),mientras que Trujillo
metropolitano en el año 2012 contaba con una población
estimada de 897 126 habitantes.
Entre las manifestaciones culturales más
representativas de la ciudad se cuentan el Festival
Internacional de la Primavera, la Feria Internacional del Libro
y el Festival Nacional de la Marinera.
En las afueras de la ciudad destaca la existencia de
zonas arqueológicas como Chan Chan, una gran ciudad de
adobe declarada Patrimonio de la Humanidad por la UNESCO
en 1986,21 y las Huacas del Sol y de la Luna, siendo la
Huaca del Sol la más grande pirámide precolombina de
adobe en el país.
Economía
Actividades laborales
21
De acuerdo a la «Encuesta de Hogares Especializada
en Niveles de Empleo» la Población Económicamente Activa
(PEA) asciende a 239 994 personas, presentando una tasa de
actividad laboral por encima del promedio del país con un
promedio de ingreso mensual de 812 nuevos soles79 cuyas
principales áreas de actividad en las que desempeñan es la
industria manufacturera (%), el comercio (%) y los servicios
no personales (%).
Construcción
El sector de construcción de la ciudad está entre los
más dinámico del país, acorde con el Estudio de
Edificaciones Urbanas elaborado por el Instituto de
Construcción y Desarrollo de la Cámara Peruana de la
Construcción.
La actividad edificadora en el año 2010 ascendió a 437
440 m 2, un 84,3 % destinado a vivienda, un 0.3 % a oficinas
y un 1,3 % a local comerciales.81 En el caso de la oferta de
vivienda, los departamentos concentran el 42,3 % y las
casas el 57,7 % de la oferta total en este sector de
destino.81
ACTIVIDAD CONSTRUCTORA
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DESTINO m2 %
VIVIENDAS 368 867 84,3
LOCALES COMERCIALES 5 641 1,3
OFICINAS 1 355 0,3
OTROS DESTINOS 61 577 14,1
TOTAL 437 440 100
CÁMARA PERUANA DE LA CONSTRUCCIÓN
Industria
Las industrias están distribuidas en tres sectores que
abarcan una superficie de 110,4 hectáreas. El de mayor
extensión es el Parque Industrial ubicado en la Panamericana
Norte con 94,57 hectáreas, en extensión le siguen los
sectores industriales ubicados en la Panamericana Sur —
antes de entrar a la ciudad — con 12,5 ha y la urbanización
Santa Leonor con 3,44 ha.
Turismo
23
Factores como el clima y la conectividad con el resto
del país permiten a Trujillo ser lugar turístico y convertir esta
actividad, en un rubro económico en el desarrollo local. El
Ministerio de Comercio Exterior y Turismo peruano ratifica la
importancia turística de Trujillo y plantea la "Ruta Moche"
para lograr el desarrollo del turismo del norte del país.83 El
93% de turistas son de origen nacional, procedentes el 71%
de Lima, y el resto de Lambayeque, Cajamarca, Piura,
Ancash y San Martín. Los turistas extranjeros que se
interesan en visitar los atractivos turísticos de Trujillo tienen
las siguientes características: un 36% proceden de Europa,
un 18% de Norteamérica, 10% de Israel, 20% de
Sudamérica, 4% de Australia y 12% proceden de otros
lugares.
Trujillo cuenta con patrimonio arqueológico y cultural
de las antiguas culturas prehispánicas representadas por los
reinos Mochica y Chimú, materializados en la zonas
arqueológicas de Las Huacas del Sol y de la Luna a 4 km al
sur del centro histórico; la ciudadela de Chan Chan, (entre
los distritos de Trujillo y Huanchaco) a 5 km al noreste del
centro de la ciudad; Huaca Esmeralda, muy cerca al templo
de Mansiche; Huaca del Dragón o Arco Iris a 4 km al noreste
de Trujillo.
5.2. ANTECEDENTES DEL PROYECTO
ANTECEDENTES DE LA MEDICIÓN DEL NIVEL DE UN
LÍQUIDO:
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La medida de nivel se refiere a la profundidad de un material
sólido o líquido dentro de un contenedor. Muchos sensores
realizan estas mediciones, pero la mayoría dependen de la
conversión del nivel en otra variable como el desplazamiento o la
presión, que se mide con algún otro sensor como los descritos
anteriormente (Johnson, 1984). Según Smith & Corripio, (1997) los
tres sensores de nivel de líquido más importantes son los de
presión diferencial, los de flotador y los de burbujas. Los sensores
de nivel de presión diferencial miden la diferencia de presión entre
el fondo y la superficie, causada por la cabeza hidrostática del
líquido, conociendo su densidad es fácil obtener el nivel. Los
sensores flotadores son los más económicos, estos detectan el
cambio en la fuerza boyante de un cuerpo inmerso en un líquido
siendo esta fuerza proporcional al nivel del mismo, pero su ámbito
de medición es limitado. Los sensores de burbujas son otro tipo de
sensores de presión hidrostática, consisten en una tubería de aire
o gas inerte sumergida en el líquido, donde se regula el flujo para
producir una corriente continua de burbujas, la presión requerida
es entonces una medida de la cabeza hidrostática.
5.3. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO
La justificación del diseño del indicador automático del nivel
de líquido se enfoca principalmente en tres aspectos:
Este proyecto está enfocado esencialmente en la elaboración
de un indicador automático que permitirá determinar el nivel de
líquido de un tanque de almacenaje.
Este indicador automático, permite automatizar el proceso
de control de almacenaje de una empresa cervecera debido a la
facilidad con la que se puede determinar el nivel en el que se
25
encuentra el líquido en un tanque de almacenaje, solo es
necesario escuchar un sonido a diferencia de hacerlo de manera
manual.
El proyecto realizado, está hecho a base de un circuito el
cual es de fácil maniobrabilidad para el usuario, haciendo que la
interacción sistema-usuario sea eficaz en su utilización en la vida
cotidiana y además, la eficiencia de este sistema es importante, ya
que mide con gran exactitud el nivel de agua en un tanque.
6.- DISEÑO, MATERIALES Y EQUIPOS
6.1. DISEÑO
El diseño de este proyecto se basa en cinco partes
fundamentalmente: El sensor, la fuente energética, los
conectores, el circuito integrado y además, el display
con luces LED.
En primer lugar, como sensor se utilizará piezas
metálicas las cuales permitirán captar la información del
exterior, es decir, informar si esta pieza metálica se
encuentra o no en contacto con el líquido, en este caso
es cerveza.
Por otro lado, la fuente energética será una batería de
9V, la cual servirá para brindar energía a las
resistencias eléctricas y a las luces LED, las cuales
consumen energía.
Además, se dispondrá de un circuito integrado
ULM2803, el cual mediante sus transistores NPN estará
26
programado para poder enviar la información al display
para disponer qué luces se prenderán.
Fig. N° 03: Diseño de indicador automático del nivel de líquido.
6.2. MATERIALES Y EQUIPO
- 8 resistencias de 560Ω (R1 a R8)
- 8 resistencias de 10Ω (R9 a R16)
- 8 LED rojo de 5mm(D1 a D8)
- 1 circuito integrado ULN2803(IC1)
- 1 pulsador pequeño de 4 pines.
- 1 base para integrado de 18 pines.
- 1 circuito impreso CEKIT K-178
- 19 terminales para circuito impreso(espadines)
- 1 soldadura (1m)
7.- PROCEDIMIENTO.-
La idea básica, es colocar una serie de sensores dentro del
recipiente con cerveza, a una altura cualquiera para lo cual,
estas piezas metálicas estarán conectadas mediante cables
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que van desde el sistema de sensores hasta la entrada del
circuito ULN2803. También, en el fondo del tanque se debe
poner un elemento que es común al circuito y a cada uno de
los sensores.
De esta forma, cuando el nivel de agua este en un nivel en
el que hace contacto con uno de los sensores, se tendrá unión
eléctrica entre el común, que se encuentra en el fondo.
Fig. N° 04: Construcción del sistema básico de
sensores
Luego, se realiza la construcción del componente principal
del proyecto el cual es el circuito integrado ULN2803, el cual,
según las señales que pueda recibir, activará o no cada una de
sus salidas. Las entradas del circuito se conectan a los
sensores ubicados dentro del tanque al que se le va a medir el
nivel de líquido. Las salidas, se conectan a un conjunto de luces
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LED organizadas en forma lineal para presentar el nivel que se
ha detectado.
Fig. N° 05: Diagrama esquemático del indicador del
nivel de agua
Ahora, este circuito integrado ULN2803, 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 Kohm (R9 a R16) y de su salida,
por el colector, se conectan los LED indicadores de nivel a
través de resistencias de 560 ohm (R1 a R8)
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Fig. N° 06: Circuito equivalente de cada transistor
Luego, el terminal común tiene señal positiva, cuando hace
contacto a través del líquido con uno de los sensores, se está
polarizando directamente el transistor asociado, por lo tanto, el
mismo entra en conducción haciendo que el LED que está
conectado en su colector se encienda. Así, si no se tiene uno,
sino cuatro sensores haciendo contacto con el líquido, se
encenderán los cuatro LED.
Este método presenta la ventaja de que el recipiente o
tanque puede ser de cualquier tamaño ya que los sensores
pueden ubicar en la profundidad que el usuario lo desee. Para
construir el sensor, o los sensores, que se introducen dentro
del agua, se puede utilizar cualquier objeto metálico que
conduzca electricidad.
Por último, el circuito posee un botón llamado prueba, el
cual se debe oprimir para obtener una lectura del nivel de agua
8. DISCUSIÓN.
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Al obtener el equipo se procedió a analizar su utilización
dentro de la empresa, haciendo una comparación entre el
sistema que se utiliza en el día de hoy y el sistema que se
usaría con el nuevo instrumento en el área de
almacenamiento. Para poder revisar el nivel en el cual se
encuentra un líquido dentro de un tanque de almacenamiento,
se debe llevar un control visual elaborado por un operario el
cual llega a la parte superior del tanque, y visualiza con una
linterna en qué nivel se encuentra dicho líquido A diferencia de
ello, el nuevo sistema que se utilizaría dentro de la empresa
cervecera, permitiría facilitar dicho procedimiento utilizando la
conductividad eléctrica.
Por otro lado, la fuente energética que se usará será del
tipo corriente continua, sin embargo, para que dicho
instrumento se utilice dentro de una empresa, se debe
considerar usar corriente alterna para lo cual se deberá usar un
estabilizador y un transformador o inversor para que de esta
forma, el flujo de energía sea constante y utilizando solo el
voltaje requerido.
Adicionalmente a ello, con respecto a la corrosión del
material del alambre el cuál se encontrará en constante
contacto con el líquido, se podrá impermeabilizar el mismo
usando cinta aisladora y adicionalmente a ello, separando en
su totalidad, todo tipo de contacto entre el alambre de cobre y
el líquido.
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9. CONCLUSIONES
Se elaboró un indicador automático del nivel de líquido
utilizando un circuito integrado UNL2803, aplicado a una
empresa dedicada a la producción de cerveza para optimizar el
proceso de almacenaje en la ciudad de Trujillo.
Se determinó el nivel en el que se encuentra el líquido
almacenado, haciendo uso de la así mismo la cantidad de
volumen que se encuentra en el tanque de almacenamiento.
10. RECOMENDACIONES
Cabe resaltar que es recomendable aconsejar sustituir la
batería de 9V por una fuente alternativa de energía, ya que la
mencionada es únicamente utilizada en un prototipo, mas no
en la planta cervecera a la que se desea implementar. Además,
es importante informar que el dispositivo solo puede ser usado
en líquidos en los cuales se contenga pequeñas cantidades de
sustancias inflamables.
11. REFERENCIAS
Universidad tecnológica de Pereira Facultad de Tecnologías,
ingeniería en Mecatrónica. Trabajo de grado para optar al
título de Ingeniero en Mecatrónica. , Pereira-2011.
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Física fundamental I. Michael Valera. Editorial Norma.
Colombia 1996
Folleto de física 06/Práctica N°01: Conductividad eléctrica-
Facueldad de Ciencias Físicas y Matemáticas-
Departamento Académico de Física- Universidad Nacional
de Trujillo.
Daniel Rey, Armando Vélez, Cristian Oviedo (2013), Banda
transportadora selectora de tamaño, Girardot, Colombia.
http://repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/
11059/1772/1/6298A696.pdf
Juan Carlos Santillán Mestanza (2012),
http://www.cib.espol.edu.ec/Digipath/D_Tesis_PDF/D-
27768.pdf
http://html.rincondelvago.com/sistema-digital-de-control-
del-nivel-de-agua.html
Http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/1250/5/
CAPITULOS%20I,%20II,%20III_TESIS%20FINAL.pdf
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