Este proyecto final de ingeniería de control consiste en el desarrollo e implementación de un sistema para llenar un tanque con control de temperatura y nivel. El sistema utiliza sensores ultrasónicos para medir el nivel de llenado del tanque y sensores de temperatura LM35 para medir y controlar la temperatura del agua. El proceso involucra la selección de nivel y temperatura deseada por el usuario, llenado del tanque hasta el nivel seleccionado usando una bomba, calentamiento del agua hasta la temperatura deseada usando una resist

1. Universidad Politécnica del Estado de Morelos
Ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones.
Cuatrimestre y grupo:
6° A
Periodo Cuatrimestral:
Mayo-Agosto 2015
Nombre de la Asignatura:
Ingeniería de Control
Nombre del Profesor.
Dr. Cornelio Morales Morales
Proyecto Final: Llenado de tanque con control de temperatura y nivel.
Integrantes:
Arce Bustos Antonio Luis Enrique
Flores Reyes Fermín Alejando
Rendón Silva Jorge Arturo
Ruiz López Alfredo
Fecha de Entrega: jueves, 20 de Agosto del2015
BoulevardCuauhnáhuac#566Lomas del Texcal, Jiutepec, Morelos. C.P. 62550
LT1 Laboratoriode Electrónica.

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CONTENIDO
1. Objetivo ........................................................................................................................... 3
2. Introducción..................................................................................................................... 3
3. Marco teórico................................................................................................................... 4
3.1. Sistemas de Control ................................................................................................. 4
3.2. Sistema de Control Retroalimentado (Feedback) .................................................... 5
3.3. Sistemas Térmicos.................................................................................................... 5
3.4. Sensor Ultrasónico ................................................................................................... 5
3.4.1. Principio Ultrasónico......................................................................................... 6
3.4.2. Ventajas y Desventajas...................................................................................... 6
3.5. Sensor de Precisión de Temperatura Centígrada LM35........................................... 7
4. Desarrollo......................................................................................................................... 7
4.1. Diagrama de proceso del sistema............................................................................ 9
4.2. Control.....................................................................................................................11
5. Conclusión......................................................................................................................15
6. Bibliografía......................................................................................................................15

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1. OBJETIVO
Que el alumno a través de la investigación y el desarrollo logre implementar los conocimientos
obtenidos durante el curso de ingeniería de control en un proyecto integrador donde se
presentan 3 variantes importantes, llenado de tanque con control de temperatura y nivel.
2. INTRODUCCIÓN
Como pudo observarse a lo largo del curso, las aplicaciones de control en los sistemas actuales
son infinitas, algunas puedenser demasiado simples como el encendido automático de un led y
algunas otras más complejas como lo que implica realizar un control con retroalimentación del
monitoreo de un invernadero por ejemplo, pues implica el uso de varias variables y distintas
condiciones de funcionamiento.
La implementación de los diferentes dispositivos para control como el Arduino o el PIC en
problemas sencillos controlando el nivel de un tanque a escala, llega a tener demasiadas
aplicaciones dentro de la automatización, en la industria, en pequeñas empresas y hasta de
forma doméstica, dando lugar a que se cree la necesidad de implementar un sistema eficiente,
sencillo y confiable con el cual es posible encender o apagar una bomba en un tiempo
determinado, además de controlar un sistema completo que regule la temperatura de salida y la
cantidad de líquido que se proporciona.
A partir de una investigación se llega al desarrollo e implementación de todos los conceptos
revisados a lo largo de los dos últimos periodos de formación, incluyendo no solo el análisis de
Ingenieríade control, sino agregando también temasrelacionados enotras materias comolo son
filtros analógicos, métodos matemáticos y matemáticas avanzadas.

4. 4
3. MARCO TEÓRICO.
3.1. SISTEMAS DE CONTROL
Todos los procesos industriales están controlados básicamente por tres tipos de elementos:
 Transmisor (medidor o sensor) (TT)
 Controlador (TIC o TRC)
 Válvula o elementofinal de control.
La ilustración 1 corresponde a un intercambiador típico de calor, en el que el fluido (Vapor)
calienta un producto de entrada hasta una temperatura de salida que es transmitida por TT y
controlada e indicada por TIC (o controlada y registrada por TRC) a través de una válvula de
control. Esta deja pasar el vapor de la calefacción suficiente para mantener la temperatura del
fluido caliente en un valor deseado o punto de consigna que es predeterminado en el
controlador TICo TRC.
La combinación de los componentes transmisor-controlador-válvula de control-proceso, que
actúan conjuntamente, recibe el nombre de sistema y cumple el objetivo de mantener una
temperatura constante en el fluido caliente de salida del intercambiador. Cada uno de estos
componentes, considerados individualmente es también un sistema, pues cada uno cumple un
objetivo determinado.
Ilustración 2: Diagrama de bloques de un proceso industrial típico.
Ilustración 1: Izquierda: Control neumático. Derecha: Control Electrónico.

5. 5
Estos sistemas se representan mediante un rectángulo llamado bloque, la variable o variables de
entrada constituidas por flechas que entran en el rectángulo, y la variable o variables de salida
representadas por flechas quesalen del rectángulo. De esta manera, el sistema de la ilustración
1 queda representado según se puede observar en la ilustración 2, esto se denomina diagrama
de bloques.
3.2. SISTEMA DE CONTROL RETROALIMENTADO (FEEDBACK)
El control retroalimentado es una operación que, en presencia de perturbaciones, tiende a
reducir la diferencia entre la salida de un sistema y alguna entrada de referencia, realizándolo
sobre la base de esta diferencia. Aquí solo se especifican las perturbaciones no previsibles, ya
que las previsibles o conocidas siempre puedencompensarse dentro del sistema.
Se denomina sistema de control retroalimentado a aquel que tiende a mantener una relación
preestablecida entre la salida y alguna entrada de referencia, comparándolas y utilizando la
diferencia como medio de control.
3.3. SISTEMAS TÉRMICOS
Los sistemas térmicos se caracterizanpor sufrir importantes interacciones de trabajo ycalor con
el entorno, además pueden intercambiar con él masa en forma de corrientes calientes o frías,
incluyendomezclas altamente reactivas. Los sistemas térmicosestán presentes en la mayoría de
las industrias y pueden encontrarse numerosos ejemplos de ellos en la vida cotidiana.
Los sistemas térmicos cuentanconprocesosque de alguna forma intercambian energíacalorífica
con su medio ambiente. Pueden ser procesos químicos, hornos, casas o calentadores de agua,
entre otros. Las señales de entrada y salida para este tipo de sistemas son la temperatura, la
energía calorífica y la potencia calorífica.
3.4. SENSOR ULTRASÓNICO
Un sensor ultrasónico es un detector de proximidad que trabaja libre de roces mecánicos y
detectan objetos a distancias que pueden ir desde pocos centímetros hasta varios metros. Este
sensor emite un sonido y mide el tiempo en que la señal tarda en regresar a él. Este sonido se
refleja enun objeto, el sensor recibe el eco que es producido y lo convierte enseñales eléctricas,
las cuales son censadas en la parte de valoración del sensor.
Estos sensores trabajan solamente enel aire, y pueden detectar objetos con diferentes formas,
colores, superficies y diferentes materiales, los cuales pueden ser sólidos, líquidos o polvosos,
sin embargo, estos deben ser deflectores de sonido. Los sensores trabajan según el tiempo de
transcurso del eco,esto quiere decirque valora la distancia temporal entre elimpulso de emisión
y el impulso del eco.

6. 6
3.4.1. PrincipioUltrasónico
El sensor ultrasónico emite cíclicamente un impulso acústico de alta frecuenciay corta duración.
Este impulso se propaga a la velocidad del sonido por el aire. Al encontrar un objeto, esreflejado
y vuelve como eco al sensor ultrasónico. Este último calcula internamente la distancia hacia el
objeto, basado en el tiempo transcurrido entre la emisión de la señal acústica y la recepción de
la señal de eco(Ilustración 3).
Ilustración 3: Funcionamiento de Sensor Ultrasónico.
Como la distancia hacia el objeto es medida por medio del tiempo de recorrido del sonido, y no
por una medición de la intensidad, los sensores ultrasónicos son insensibles hacia el ruido de
fondo.
Prácticamente todos los materiales que reflejan el sonido son detectados, independientemente
de su color. Aún materiales transparentes o láminas delgadas no presentan problemas para los
sensores ultrasónicos.
Los sensores ultrasónicos microsonic permiten medir distancias entre 20 mm y 10 m, pudiendo
indicar el valor medido con una precisión de milímetro, gracias a la medición del tiempo de
recorrido. Algunos sensores puedeninclusive obtener una precisión de la medición de distancia
de 0,025 mm.
Los sensores funcionan en medio polvoriento o en una niebla de pintura. Depósitos delgados
sobre la membrana del sensor tampoco influyen sobre la función.
Los sensorescon una zona ciega de sólo 20 mm y con unhaz acústico extremadamente delgado
abren en la actualidad un abanico de aplicaciones completamente nuevas: Las mediciones de
estado de llenado enpocillos de placas microtiter ytubos de ensayocomo también el escaneado
de botellas pequeñas en la industria de los embalajes puedenllevarse a cabo sin problemas
3.4.2. Ventajas y Desventajas
Este sensor, al no necesitar el contacto físico con el objeto, ofrece la posibilidad de detectar
objetos frágiles, como pintura fresca, además detecta cualquier material, independientemente
del color, al mismo alcance, sin ajuste ni factor de corrección. Los sensores ultrasónicos tienen
una funciónde aprendizaje para definir el campo de detección,conun alcance mínimo ymáximo
de precisión de 6 mm. El problema que presentan estos dispositivos son las zonas ciegas y el

7. 7
problema de las falsas alarmas. La zona ciega es la zona comprendida entre el lado sensible del
detector y el alcance mínimo en el que ningún objeto puede detectarse de forma fiable.
3.5. SENSOR DE PRECISIÓN DE TEMPERATURA CENTÍGRADA LM35
El LM35 es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC y un rango que abarca
desde -55º a +150ºC.
La salida es lineal y equivale a 10mV/ºC por lo tanto:
 1500mV = 150 ºC
 250mV = 25ºC
 -550mV = -55ºC
Características:
 Calibrado directamente en Celsius.
 Escala de factor lineal.
 Exactitud garantizada 0 5 Exactitudgarantizada 0.5 Cº (a +25⁰C).
 Rango entre -55º a +150ºC.
 Conveniente para aplicaciones remotas.
 Bajo costo debido al ajuste del wafer-level.
 Opera entre 4 y 30 volts de alimentación.
 Bajo auto-calentamiento.
El LM35 no requiere de circuitos extras o adicionales para calibrarlo externamente. La baja
impedancia de su salida, su salida lineal y su precisa calibración hace posible que esté integrado
fácilmente en un circuito de control. Debido a su baja corriente de alimentación se produce un
efectode auto-calentamiento muy reducido.
4. DESARROLLO

8. 8
El proyecto consiste en manipular el llenado de tanque con distintos tipos de control, a
continuación se muestra el proceso completo del sistema:
1. El usuario selecciona de una botonera la cantidad de agua que necesita,se utilizaron los
valores de las botellas de agua más comunes,1.5 litros, 1 litro y 500ml, además también
el usuario tiene la opción de calentar el agua a cierta temperatura.
2. Una vez hechala elección,la bomba del primer tanque comenzará a vaciar agua hacia el
segundo tanque con la cantidad de agua que el usuario solicitó.
3. Cuando se alcance el total del agua la bomba se detendrá y si el usuario indicó que la
temperatura fuera mayor se comenzará a calentar el agua.
4. Despuésde alcanzada la temperatura, o si no se escogió temperatura, el grifo se abrirá
automáticamente llenando la botella con la cantidad de agua en la temperatura que fue
seleccionada al principio del proceso.
Para la implementación de los pasos anteriores y del control, se utilizó un sensor ultrasónico que
medía la distancia del tanque secundario, para detener el flujo de agua en cuanto se llegara al
límite seleccionado, además se utilizó el sensor de temperatura centígrada LM35, con una
tolerancia de 1°C, que sirviera como sensor para desactivar la calefacciónal llegar la temperatura
deseada.
Durante el proceso los sensores están encendidos en todo momento para monitorear tanto la
altura del tanque secundario como la temperatura a la que se desea calentar el agua.
El proceso se resetea una vez terminada la tarea de llenado y regresa a su estado de inicio,
esperando la selecciónde un nuevo nivel y temperatura.
A continuación se presenta un diagrama en el cual se puede observar cómo será la función del
llenado de tanque que suministra a la botella.
Los actuadores como lo son la bomba y el calentador se encuentran conectados a un circuito de
potencia debido a que funcionan con una tensión de 110V AC y es necesaria una alimentación
externapara los dos.
2
1
Bomba
De Agua
Control
SU
Resistencia
LM35
Salida

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La resistencia eléctricatrasmite la energía calorífica por medio de conducción,emitiendoel calor
radialmente enel depósito.
Cada una de las etapas del sistema se puede representar mediante distintos bloques
entrelazados donde es posible apreciar cada una de las actividades implícitas tanto enel modelo
de llenado como en el modelo de aumento de temperatura.
Las etapas van desde el reposo del sistema pasando por la selección del llenado, el suministro
desde el tanque principal, el censado del nivel del tanque, el paro de la bomba de llenado, la
calefacción a la temperatura seleccionada, la apertura de la válvula y el cierre de la misma al
vaciar el tanque. Es un sistema electromecánico, la mejor opción era el uso de una válvula
regulable para controlar proporcionalmente la salida del líquido, pero por cuestiones
económicas se optó por uso de un motor de CD que nos serviría para abrir el suministro. Este
motor genero diversos problemáticas ya que la corriente que se suministra no es la suficiente
para abrir la llave.
Cabe recalcar que al finalizar el llenado de la botella el sistema se reinicia para asegurar la
estabilidad y estar listo para una nuevaselección de nivel.
4.1. DIAGRAMA DE PROCESO DEL SISTEMA.
A continuación se presenta el diagrama de bloques del sistema presentado por etapas.

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4.2. CONTROL
El control de este proceso fue programado en la plataforma Arduino, el código utilizado se
muestras a continuación:
_________________________________________________________________________________
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(7, 8, 9, 10, 11 , 12);
byte grados[8] = {B00111, B00101, B00111, B00000, B00000, B00000, B00000, B00000};
//creamos el carac+ter de grados
//int OpPin=2;//Pin del potenciometro de opcion
//int opcion; //Para guardar la opcion del menu
//analogico
//int OpPinT=1; //Pin del potenciometro de temperatura
//int opcionT=0; //Para guardar la opcion del menu
//digital
int OpPinT=3; //Pin del potenciometro de temperatura
int opcionT=23; //Para guardar la opcion del menu
// puertos del push
int push1=6;
int push2=5;
int push3=4;
int PinTrig=53; //Pin Trig sensor ultrasonico, digital
int PinEcho=52; // Pin Echo sensor ultrasonico, digital
long duracion, distancia;
// variable para escoger la capacidad de la botella
int capbot=0;
// Opcion de la capacidad la botella
int optam=0;
int tempPin=2; //Temperatura lectura, analogin
int temp=0; //Conversion de Temperatura
// Control
int res=50;
int val=48;
void setup(){
pinMode(PinTrig,OUTPUT); // Pines del sensor ultrasonico
pinMode(PinEcho, INPUT);
pinMode(res,OUTPUT);
pinMode(val,OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop(){
//opcion=analogRead(OpPin); //leemos la entrada analogica del potenciometro
//opcion=map(opcion,0,1023,0,3); //mapeamos el resultado
//Serial.print("opcion = " );

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//Serial.println(opcion);
lcd.begin(16, 2);
mensajito();
opciontem();
push();
//procesoA();
ectemp();
ecdist();
procesoB();
//procesoC();
}
void opciontem(){
//opcionT=analogRead(OpPinT); //leemos la entrada analogica del potenciometro
//opcionT=map(opcionT,0,1023,23,51); //mapeamos el resultado
if(opcionT<45
){
if (digitalRead(OpPinT)==HIGH){
opcionT++;
}
}
else
opcionT=23;
Serial.print("opcion Temperatura = " );
Serial.println(opcionT);
}
void mensajito(){
lcd.setCursor(2,0);
lcd.write("TEMPERATURA");
lcd.setCursor(5,1);
lcd.print(opcionT);
lcd.createChar(1,grados);
lcd.setCursor(8,1);
lcd.write(1);
lcd.setCursor(9,1);
lcd.write("C");
delay(500);
lcd.clear();
}
void push(){
if(digitalRead(push1)==HIGH){
capbot=1;
}
if(digitalRead(push2)==HIGH){
capbot=2;
}
if (digitalRead(push3)==HIGH){
capbot=3;
}
Serial.print("Push= ");

13. 13
Serial.println(capbot);
}
void ectemp(){
temp = (analogRead(tempPin) *.004882814)*100; //Conversion a grados centrigados
//temp = (analogRead(tempPin) *5*100)/1024;
Serial.print("sensor temp= ");
Serial.println(temp);
}
void ecdist(){
digitalWrite(PinTrig, LOW); //Disparo del eco
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(PinTrig, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(PinTrig, LOW);
duracion=pulseIn(PinEcho, HIGH); // Recepcion del eco de respuesta
distancia=(duracion/2)/29; //Distancia efectiva
Serial.print("Distancia = " );
Serial.println(distancia);
}
void procesoB(){ //Proceso B
if(capbot==1){
//ecdist();
if(distancia>12){
ecdist();
digitalWrite(val,HIGH);
}
else
digitalWrite(val,LOW);
procesoC();
}
if (capbot==2){
//ecdist();
if(distancia>9){
ecdist();
digitalWrite(val,HIGH);
}
else
digitalWrite(val,LOW);
procesoC();
}
if (capbot==3){
//ecdist();
if(distancia>5){
ecdist();
digitalWrite(val,HIGH);
}
else
digitalWrite(val,LOW);
procesoC();

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}
}
void procesoC(){
if(temp<opcionT){
digitalWrite(res,HIGH);
}
else
digitalWrite(res,LOW);
capbot=0;
}
________________________________________________________________________________

15. 15
5. CONCLUSIÓN
La necesidadde reducircostos y tener uncontrol mayor sobre un proceso llevo a la ingeniería de
control a ocupar un lugar de suma importancia en gran parte de los sistemas que hoy en día se
utilizan diariamente, desde una simple lavadora programable hasta la detección inteligente de
tráfico, pues la implementación de nuevas técnicas para mejorar el funcionamiento de un
sistema al hacerlo más preciso con sus cálculos y limites determinados por el programador, hizo
de los procesos comunes y corrientes algo más complejo y de mayor utilidad para las personas.
El desarrollo de sistemas de control cada día más complejos tiene como objetivo simplificar más
la vida yproveer seguridad al momentode realizar unaacción riesgosa osimplemente monótona.
Después de finalizado este proyecto se puede concluir que el control es de suma importancia
para los sistemas o procesos ya sea industriales o pequeños,pues además de hacer más rápido
el funcionamiento, también nos brinda un sistema robusto.
6. BIBLIOGRAFÍA
[1] K. Ogata, Ingeniería de control moderna, Pearson Educación, 2003.
[2] W. Bolton, Ingeniería de control, Marcombo, 2001.