Repositorio Digital UTE - Universidad Tecnológica Equinoccial
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA “ELABORACIÓN DE UN PROTOTIPO DE INVERNADERO AUTOMÁTICO” TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN MECATRÓNICA FREDDY ALEJANDRO CEVALLOS CUEVA DIRECTOR: ING. DANIEL MIDEROS Quito, Enero 2012 © Universidad Tecnológica Equinoccial. 2012 Reservados todos los derechos de reproducción. DECLARACIÓN Yo Freddy Alejandro Cevallos Cueva, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente. _________________________ Freddy Alejandro Cevallos Cueva. C.I. 050332609-2. CERTIFICACIÓN Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Freddy Alejandro Cevallos Cueva, bajo mi dirección y supervisión. ___________________ Ing. Daniel Mideros. DIRECTOR DELTRABAJO DEDICATORIA Dedico el presente trabajo de investigación y mi carrera universitaria con mucho cariño a Dios y a mis padres Freddy y Elena por darme la oportunidad de estudiar pero sobre todo por su gran ejemplo, su amor incondicional y todo lo que poseo: mis valores, mis principios, mi perseverancia y mi empeño. Por estar siempre conmigo impulsándome y dándome las fuerzas necesarias para continuar luchando día tras día, superando barreras hasta lograr lo que me propongo. A mi hermana Carla por su apoyo y cariño incondicional en las buenas y en las malas situaciones y por darme la energía en los momentos más difíciles. A mi novia Karo por su amor incondicional y apoyo en todo momento, por ser ese alguien especial que día a día me ilumina con su amor. Finalmente, a mis amigos por ser parte de esta gran etapa de mi vida e incondicionalmente apoyarme en todo momento compartiendo todas las situaciones que la vida universitaria nos ha puesto en el camino. A todos ellos, Muchas gracias de todo corazón. AGRADECIMIENTO “Sólo un exceso es recomendable en el mundo: el exceso de gratitud”. Al finalizar este trabajo de investigación y esta nueva etapa de mi vida es para mí motivo de orgullo poder expresar mis sinceros agradecimientos a quienes siempre estuvieron presentes y fueron fundamentales para alcanzar este gran objetivo. Agradezco a Dios, por darme la vida, por bendecirme con todas las personas que tengo a mi alrededor: mi familia, mi novia y mis amigos, y por hacer posible esta meta. A mis padres, Freddy y Elena, por haberme guiado con su ejemplo y valores en el trascurso de mi vida, por su amor, su comprensión, y su apoyo incondicional. Gracias por ser los mejores padres siempre. A mi hermana Carla, por su cariño, tenacidad, generosidad y motivación para alcanzar este objetivo. A mi novia Karo por su amor incondicional y apoyo en todo momento, por ser ese alguien especial que día a día me ilumina con su amor. A mis amigos y compañeros, que estuvieron conmigo y compartimos tantas experiencias, tristezas y triunfos. Por ese apoyo constante y por ser parte de esta gran etapa de mi vida. A mis profesores, que participaron en mi desarrollo profesional durante mi carrera. Gracias por consejos, enseñanzas y ayuda durante mis estudios y en el lapso de mi tesis. A la Universidad Tecnológica Equinoccial (UTE), por permitirme ser parte del conglomerado estudiantado. Por su aporte invaluable, no solamente en el desarrollo de esta tesis, sino también en mi formación como profesional y como persona. Por ustedes y para ustedes…. ÍNDICE DE CONTENIDOS PÁGINA RESUMEN…………………………………………………………….…………….x ABSTRACT………………………………………………………………...………xi 1. INTRODUCCIÓN. ................................................................................... 1 2. MARCO TEÓRICO. ................................................................................ 8 2.1. PARÁMETROS DE CONTROL CLIMÁTICO. ................................... 8 2.2. EL INVERNADERO. ....................................................................... 13 2.2.1. FUNCIONAMIENTO DE LOS INVERNADEROS. .................... 14 2.2.2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE INVERNADERO………….. .................................................................... 16 2.2.3. 2.3. TIPOS DE INVERNADEROS. .................................................. 17 MATERIALES USADOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE INVERNADEROS. .................................................................................... 21 2.4. CLIMATIZACIÓN DE UN INVERNADERO. .................................... 26 2.4.1. CALEFACCIÓN POR AIRE CALIENTE. .................................. 27 2.4.2. LA VENTILACIÓN. ................................................................... 29 2.4.3. SISTEMAS DE RIEGO AUTOMÁTICO. ................................... 30 2.5. SENSORES. ................................................................................... 34 2.5.1. SENSORES DE TEMPERATURA. .......................................... 34 i 2.5.2. SENSORES DE HUMEDAD RELATIVA. ................................. 36 3. METODOLOGÍA Y MATERIALES. ....................................................... 38 3.1. METODOLOGÍA MECATRÓNICA. ................................................. 38 3.2. ANÁLISIS DE REQUERIMIENTOS DEL PROYECTO. .................. 39 3.2.1. 3.3. ELECCIÓN DEL SOFTWARE DE DISEÑO. ............................ 40 CARACTERÍSTICAS ELECTRÓNICAS. ........................................ 41 3.3.1. SENSOR DE TEMPERATURA LM-35. .................................... 42 3.3.2. AMPLIFICADOR OPERACIONAL LM-358. ............................. 43 3.3.3. SENSOR DE HUMEDAD RELATIVA HS-1100/1. .................... 44 3.4. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS. ............................................... 51 CARACTERÍSTICAS INFORMÁTICAS Y DE CONTROL. ....................... 53 3.4.1. MÓDULO LÓGICO LOGO!12/24 RC. ...................................... 55 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. ............................................................ 57 4.1. DISEÑO SIMULTÁNEO DE COMPONENTES MECATRÓNICOS DEL PROYECTO...................................................................................... 58 4.1.1. DISEÑO MECÁNICO DEL PROYECTO. ................................. 58 4.1.2. DISEÑO DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS. ........................... 79 4.1.3. DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO. ......... 96 4.2. SIMULACIÓN Y PROTOTIPO. ..................................................... 101 4.3. CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO........................................... 107 4.4. RESULTADOS Y PRUEBAS. ....................................................... 111 ii 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. ..................................... 118 5.1. CONCLUSIONES. ........................................................................ 119 5.2. RECOMENDACIONES. ................................................................ 121 BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………….123 6. ANEXOS ............................................................................................. 127 iii ÍNDICE DE ECUACIONES. PÁGINA Ecuación 1: Diámetro de un Piñón Dp…………………………………………65 Ecuación 2: Carga Transmitida (W t)…………………………………….……..66 Ecuación 3: Ancho de Cara (F) …………………………………..……………67 Ecuación 4: Par de Torsión (T) …………………………………………...……76 Ecuación 5: Momento Polar de Inercia (J) …………………………………...77 Ecuación 6: Módulo de Sección Polar (Zp) …………………………………...77 Ecuación 7: Esfuerzo cortante torsional máximo (Ƭ) ………………………..77 Ecuación 8: Ganancia de un amplificador no inversor ………………………82 Ecuación 9: Ganancia en función del voltaje ………………………………...82 Ecuación 10: Ganancia en función de la resistencia ………………………..82 Ecuación 11: Voltaje de Salida del Sensor de Humedad Relativa………....87 iv ÍNDICE DE FIGURAS PÁGINA Figura 1. Situación actual de la producción de flores de invernadero. ........... 2 Figura 2. Iluminación artificial en Invernaderos. ........................................... 12 Figura 3. Invernadero de rosas de la florícola “Rosalquez”. ........................ 13 Figura 4. “Efecto invernadero” que produce el calentamiento global. .......... 15 Figura 5. Componentes de la radiación que incide sobre la cubierta de un invernadero. ................................................................................................. 15 Figura 6. Invernadero Tipo Túnel usado en el cultivo de tomates................ 19 Figura 7. Invernadero tipo túnel modificado. ................................................ 19 Figura 8. Materiales de Cubierta para Invernaderos. ................................... 22 Figura 9. Invernadero de aluminio y policarbonato transparente e Invernadero de Madera. ............................................................................... 25 Figura 10. Sistemas de calefacción y ventilación en invernaderos españoles. ..................................................................................................................... 27 Figura 11. Ventilación Natural en Invernadero Curvo. ................................. 29 Figura 12. Ventilación Mecánica Simple. ..................................................... 30 Figura 13. Sistema de Riego por Goteo. ...................................................... 31 Figura 14. Sistema de Riego por Microaspersión. ....................................... 33 Figura 15. Sensores de Temperatura. ......................................................... 34 Figura 16. Metodología del Diseño Mecatrónico. ......................................... 38 Figura 17. Sensor de Temperatura LM-35 ................................................... 43 Figura 18. Arquitectura interna del LM-358. ................................................. 44 Figura 19. Sensor de humedad HS-1100/1. ................................................ 45 Figura 20. Curva de respuesta: Capacitancia vs Humedad relativa. ........... 45 Figura 21. Partes básicas de un motor monofásico con bobina auxiliar. ..... 48 Figura 22. Funcionamiento de una electroválvula. ....................................... 51 Figura 23. Módulo Lógico Siemens Logo! 12/24 RC. ................................... 56 Figura 24. Base para pilares verticales en el programa SolidWorks. ........... 59 Figura 25. Pilar vertical en el programa SolidWorks. ................................... 60 v Figura 26. Unión tipo “T” en el programa SolidWorks. ................................. 61 Figura 27. Tubo horizontal en el programa SolidWorks. .............................. 62 Figura 28. Unión “tipo cruz” en el programa SolidWorks. ............................ 63 Figura 29. “Arco principal” en el programa SolidWorks. ............................... 64 Figura 30. Piñón modelado en el programa SolidWorks. ............................. 68 Figura 31. Cremallera modelada en el programa SolidWorks. .................... 69 Figura 32. “Arco cenital” en el programa SolidWorks................................... 69 Figura 33. Componentes de la “unión para arcos”. ...................................... 70 Figura 34. “Unión para arcos” en el programa SolidWorks. ......................... 71 Figura 35. “Unión de cenitales” en el programa SolidWorks. ....................... 71 Figura 36. “Soporte Eje Principal” en el programa SolidWorks. ................... 72 Figura 37. “Soporte Cremallera” en el programa SolidWorks. ..................... 73 Figura 38. “Base para motor cenital” en el programa SolidWorks................ 73 Figura 40. Acople “motor-eje” en el programa SolidWorks. ......................... 74 Figura 41. Estructura lateral en el programa SolidWorks. ............................ 78 Figura 42. Base para motor lateral en el programa SolidWorks. ................. 78 Figura 43. Vista frontal de la “Estructura Mecánica Final”. .......................... 79 Figura 44. Diseño definitivo del circuito de sensado y amplificación de temperatura en el editor ISIS del programa Proteus v7.7 SP2. ................... 83 Figura 45. Diseño del circuito de sensado y amplificación de temperatura en el editor ARES del programa Proteus v7.7 SP2........................................... 84 Figura 46. Circuito generador de frecuencia variable del sensor HS-1101. . 85 Figura 47. Diseño del circuito de sensado de humedad relativa en el editor ARES del programa Proteus v7.7 SP2. ....................................................... 87 Figura 48. Conexión básica del PIC 16F877-A con los bloques de entrada y salida en el editor ISIS del programa Proteus v7.7 SP2. ............................. 88 Figura 49. Conexión básica del PIC 16F877-A con los bloques de entrada y salida en el editor ARES del programa Proteus v7.7 SP2. .......................... 89 Figura 50. Circuito de activación y cambio de giro de motores cenital y lateral en el editor ISIS del programa Proteus v7.7 SP2......................................... 90 Figura 51. Circuito de activación y cambio de giro de motores cenital y lateral en el editor ARES del programa Proteus v7.7 SP2...................................... 91 vi Figura 52. Circuito de activación de los sistemas de riego en el editor ISIS del programa Proteus v7.7 SP2. .................................................................. 92 Figura 53. Circuito de activación de los sistemas de riego (editor ARES). .. 92 Figura 54. Diagrama de procesos de la programación del microcontrolador. ..................................................................................................................... 94 Figura 55. Esquema básico de un sistema de control automático. .............. 96 Figura 56. Esquema típico de un sistema de control en lazo cerrado. ......... 97 Figura 57. Circuito de control del módulo lógico y del PIC16F877-A. .......... 98 Figura 58. Comportamiento lógico del Sistema de control automático. ..... 100 Figura 59. Sección de Sensado de Temperatura del “Sistema de Control Automático”. ............................................................................................... 102 Figura 60. Sección de Sensado de Humedad del “Sistema de Control Automático”. ............................................................................................... 104 Figura 61. Condiciones de activación de la Ventilación Cenital. ................ 104 Figura 62. Condiciones de activación de la Ventilación Cenital. ................ 105 Figura 63. Condiciones de activación del Sistema de Riego. .................... 105 Figura 64. Condiciones de activación del Sistema de Calefacción. ........... 105 Figura 65. Condición de activación 3: Cerrar Ventilación Cenital. ............. 106 Figura 66. Corte y Doblado de tubos estructurales. ................................... 107 Figura 67. Construcción de piezas estructurales. ...................................... 107 Figura 68. Armado de la estructura y sistemas de ventilación. .................. 108 Figura 69. Estructura final del prototipo. .................................................... 108 Figura 70. Pruebas de funcionamiento de circuitos de sensado. ............... 109 Figura 71. Pruebas de funcionamiento del circuito del microcontrolador. .. 109 Figura 72. Conexión etapa de fuerza y pruebas de funcionamiento. ......... 110 Figura 73. Caja Electrónica y de Control. .................................................. 110 Figura 74. Comportamiento de temperatura y humedad relativa día 1. ..... 114 Figura 75. Comportamiento de temperatura y humedad relativa día 2. ..... 114 Figura 76. Comportamiento de temperatura y humedad relativa día 3. ..... 115 Figura 77. Comportamiento de temperatura y humedad relativa día 4. ..... 115 Figura 78. Comportamiento de temperatura y humedad relativa día 5. ..... 116 vii ÍNDICE DE TABLAS PÁGINA Tabla 1. Materiales usados en el desarrollo mecánico del prototipo. ............. 4 Tabla 2. Materiales usados en el desarrollo electrónico y de control. ............ 5 Tabla 3. Actuadores usados en el desarrollo del prototipo. ........................... 5 Tabla 4. Materiales adicionales usados en la implementación del sistema. .. 6 Tabla 5. Costo total de implementación del sistema. ..................................... 7 Tabla 6. Variación de temperaturas en un Invernadero. .............................. 10 Tabla 7. Características físicas de algunos materiales usados como recubrimiento. .............................................................................................. 24 Tabla 8. Tipos de sensores de temperatura. Ventajas y desventajas. ......... 35 Tabla 9. Escala de evaluación de Software. ................................................ 40 Tabla 10. Análisis comparativo para la elección del software mecánico. ..... 40 Tabla 11. Análisis comparativo para la elección del software electrónico. ... 41 Tabla 12. Especificaciones Generales del sensor HS-1100/01. .................. 46 Tabla 13. Tipos de actuadores y sus características. .................................. 47 Tabla 14. Detalles Técnicos de los Motorreductores. .................................. 49 Tabla 15. Propiedades Físicas de materiales utilizados para la industria. .. 52 Tabla 16. Tabla comparativa de características del PLC. ............................ 54 Tabla 17. Voltajes amplificados en función de la ganancia. ......................... 83 Tabla 18. Lista de elementos del Circuito de Sensado de Temperatura. ..... 85 Tabla 19. Resistencias a usar según la variedad de 555. ............................ 86 Tabla 20. Variación de H.R. en función del Voltaje y frecuencia de salida. . 86 Tabla 21. Elementos del circuito de sensado de humedad relativa. ............ 87 Tabla 22. Activación y cambio de giro de motores cenital y lateral. ............. 90 Tabla 23. Rangos de temperatura del Sistema de Control Automático. .... 103 Tabla 24. Rangos humedad relativa del sistema de control automático. ... 103 Tabla 25. Prueba de Funcionamiento del Sistema. ................................... 112 viii ÍNDICE DE ANEXOS PÁGINA Anexo 1. Hoja de datos del Sensor de Temperatura LM-35. ..................... 127 Anexo 2. Hoja de datos del Amplificador LM-358. ..................................... 129 Anexo 3. Hoja de datos del sensor de humedad HS-1101LF. ................... 131 Anexo 4. Hoja de datos Módulo Lógico Siemens LOGO! 12/24RC. .......... 132 Anexo 5. Planos de “Bases para pilares Verticales”. ................................. 135 Anexo 6. Planos de “Pilares Verticales”. .................................................... 136 Anexo 7. Planos de “Uniones Tipo T”. ....................................................... 137 Anexo 8. Planos de “Tubo Horizontal”. ...................................................... 138 Anexo 9. Planos de “Uniones Tipo Cruz”. .................................................. 139 Anexo 10. Planos de “Arco Principal”. ....................................................... 140 Anexo 11. Planos del “Piñón”..................................................................... 141 Anexo 12. Planos de la “Cremallera”. ........................................................ 142 Anexo 13. Planos del “Arco Cenital”. ......................................................... 143 Anexo 14. Planos de “Unión para Arcos”. .................................................. 144 Anexo 15. Planos de “Unión de Cenitales”. ............................................... 145 Anexo 16. Planos de “Soporte Eje Principal”. ............................................ 146 Anexo 17. Planos de “Soporte Cremallera”. .............................................. 147 Anexo 18. Planos de “Base Motor Cenital”. ............................................... 148 Anexo 19. Planos de “Unión Motor-Eje”. .................................................... 149 Anexo 20. Planos de “Estructura Lateral”. ................................................. 150 Anexo 21. Planos de “Base Motor Lateral”. ............................................... 151 Anexo 22. Dimensiones Estructura Final. .................................................. 152 Anexo 23. Programa del Microcontrolador. ................................................ 153 ix RESUMEN El presente trabajo de investigación propone el diseño y construcción de un “prototipo de invernadero automático” destinado al cultivo de rosas, y la aclimatación del interior del mismo mediante la medición de la temperatura y humedad relativa. Estos factores deberán mantenerse en rangos determinados para que la planta crezca sana y no presente problemas en su desarrollo; si hablamos de temperatura, idealmente deberá mantenerse en un rango de entre 17 y 25°C con una mínima de 15ºC durante la noche y una máxima de 28ºC durante el día, mientras que si hablamos de humedad relativa esta deberá mantenerse en un rango de entre el 60 y 80%. Se empleó el sensor LM-35 y el sensor HS-1100 para la medición de la temperatura y la humedad relativa, respectivamente. Los datos proporcionados por estos sensores se enviaron al LOGO! 12/24Rc, el cual es el encargado de manejar el “Sistema de control automático”, mismo que se encarga de iniciar los procesos de Ventilación Cenital, Ventilación Lateral, Riego por Goteo, Riego por Microaspersión y Calefacción. El “prototipo de invernadero automático” funciona de manera ininterrumpida tanto en el día como en la noche, permite el sensado de temperatura en un rango de 0 a 50ºC y de humedad relativa en un rango de 0 a 100%, posee 6 rangos de activación que corresponden a valores de humedad relativa y temperatura ideales para el cultivo de rosas. Su estructura está hecha de tubo galvanizado y el material de cobertura usado es Polietileno con protección UV y térmica. Finalmente, el hecho de conseguir condiciones de cultivo óptimas en rosas bajo invernadero resulta de gran importancia, ya que gracias a esto se podría lograr cultivos precoces y fuera de época de todo tipo de planta que se cultive de esta manera. Esto sumado al ahorro de recursos que fomenta este proyecto son factores muy importantes que podrían ayudar a aumentar los niveles de producción de un determinado cultivo. x ABSTRACT. This research work proposes the design and construction of an "Automatic greenhouse prototype" for cultivation of roses and acclimatization inside the same in order to achieve the ideal growing conditions for this product. For this purpose, three sensor types were used: two of them are arranged such that indicate the temperature and humidity inside the greenhouse. The third type of sensor is a magnetic sensor which is positioned in the zenithal and lateral windows of the prototype and indicates the open or closed position thereof. The data from these sensors were used for climate control inside the greenhouse which was conducted jointly by a LOGO!12/24RC and a microprocessor PIC16F877-A. These drivers start the process of zenithal and lateral ventilation, Drip Irrigation, and Micro Sprinklers Irrigation which are timed and executed depending on the temperature and humidity. The structure of the prototype greenhouse is made of galvanized steel and the covering material used is polyethylene with UV protection and thermal protection. Finally, the fact of reach optimal growing conditions for roses in greenhouses is very important, because thanks to this could be achieved early crop season and beyond any kind of plant that is grown in greenhouses. This added to the saving of resources and lack of human agency that fosters this project are very important factors that could help increase production levels of a particular crop. xi 1. INTRODUCCIÓN. La producción y comercialización de flores ecuatorianas es la actividad que mayor crecimiento y dinamismo ha mostrado en los últimos 10 años dentro de la economía, esto se refleja en los datos obtenidos a partir de la balanza comercial que realizó el Banco Central del Ecuador para el período EneroDiciembre del año 2011, es decir, el país exportó USD 677,908 por concepto de flores, cifra que sitúa al Ecuador en el primer lugar como exportador de rosas a nivel mundial. (B.C.E, http://www.bce.fin.ec/documentos/Estadi sticas/SectorExterno/BalanzaPagos/balanzaComercial/ebc201202.pdf). Pese a esto, y al comparar los resultados de la investigación teórica con los resultados observados en la investigación de campo se puede afirmar que el uso de tecnología aun no es común en este mercado ya que su costo de implementación inicial es alto, y salvo excepciones (macro empresas) la mayoría de empresas dedicadas al cultivo y manejo de flores bajo invernadero no cuenta con mecanismos automáticos que permitan lograr este fin, realizando el cultivo de flores de forma artesanal. Los invernaderos pueden ser de distintos tipos y estar constituidos por distintos materiales, su nivel de tecnificación es muy bajo, siendo común únicamente la tecnificación en los sistemas de riego, ya sea por aspersión o goteo. Además, el tipo de control que se hace en estos sistemas de riego se basa en programar frecuencias de riego según la experiencia de la persona encargada del cultivo, mas no se hace una medida de los indicadores internos del cultivo. Por otro lado, las diferentes empresas que desarrollan invernaderos ofrecen una variedad de modelos, pero ninguno de ellos basa su funcionamiento en las diferentes variables como son: temperatura, humedad, P.H., luminosidad, entre otros; toda la tecnología de control se limita a temporizar y activar procesos. Todo lo descrito previamente se resume en el diagrama “causa-efecto” de la Figura 1. 1 Figura 1. Situación actual de la producción de flores de invernadero. La Figura 1 muestra los factores más relevantes que influyen para que el cultivo de flores aun se realice de manera artesanal, dejando de lado maquinas y sistemas con tecnología de punta. Tratar de cambiar la cultura de los ciudadanos a corto plazo respecto a este tema sería tomar el camino correcto, pero sale de la línea de investigación del presente trabajo; más bien, lo que se podría tomar como alternativa válida, es mostrar las ventajas que ofrece el uso de máquinas y sistemas tecnológicos para superar estos problemas. Dicho esto, surge la incógnita, ¿será posible diseñar, construir e implementar un invernadero capaz de dar una respuesta tecnológica que ayude a controlar, mejorar y aumentar el cultivo de rosas a un costo accesible? El presente trabajo propone, entonces, la “Elaboración de un prototipo de Invernadero Automático” que busca la solución, al menos en parte, a los problemas específicos identificados, en especial, a los que tienen que ver con la tecnificación de los cultivos. Las características de diseño del invernadero automático propuesto, requiere encontrar una adecuada solución para los tres sistemas básicos que lo 2 constituyen, como son, el componente mecánico que tiene que ver con la forma, dimensiones y materiales que se usarán para construir la estructura y todos los elementos asociados con la misma. El componente electrónico, que permitirá la adquisición y manejo de las variables necesarias para lograr controlar las condiciones de cultivo específicas para el producto deseado, y finalmente el sistema de control, el cual iniciará todos los procesos automáticos de: ventilación cenital y lateral, el riego por goteo y microaspersión, y la calefacción del invernadero. Hay que indicar que si bien se implemento un sistema de calefacción, esto se lo hizo con fines demostrativos ya que para su aplicación de manera profesional es necesario un estudio exhaustivo. Dicho esto, el objetivo general de este proyecto es el siguiente: Desarrollar un prototipo de invernadero automático en su funcionamiento mediante la implementación de un sistema de control de parámetros ambientales que logre las condiciones de microclima interno que se desee. Mientras los objetivos específicos que se buscan son los siguientes: Analizar las condiciones ideales para el cultivo de flores bajo invernadero. Determinar el tipo de invernadero ideal para el cultivo de flores así como los materiales más adecuados para su construcción. Diseñar y construir el prototipo de invernadero automático. Ejecutar pruebas de funcionamiento de los procesos desarrollados. La realización del presente trabajo se justifica ya que plantea encontrar una solución al deficiente manejo de los procesos internos de los invernaderos, la falta de control sobre los mismos y el bajo nivel de tecnificación que existe. Adicional a esto, los datos que arrojó el III Censo Nacional Agropecuario indican que el 41.1% de las Unidades de Producción Agropecuarias no cuentan con asistencia técnica de calidad. (http://www.dspace.espol.edu.ec /bitstream/123456789/4662/1/7183.pdf). 3 El alcance que tiene este proyecto es dar solución a la deficiencia en el manejo de los procesos internos y externos en los invernaderos a través de la automatización de los mismos con el fin de que las condiciones de microclima que se deseen sean las óptimas. El desarrollo del prototipo, financieramente hablando, es factible ya que no incurre en gastos excesivos; en la Tabla 1 se puede observar el costo de los materiales usados en el desarrollo mecánico del prototipo: Tabla 1. Materiales usados en el desarrollo mecánico del prototipo. Material Cantidad Unidad V. Unitario V. Total Tubo de Acero Galvanizado 1/2' Perno y Tuerca 1/2' Perno y Tuerca 3/4' Arandelas para pernos Plancha de Zinc (0.5mx1m) Rodamientos 6000-2RS Rodamientos 6001-2RS Engranaje Cremallera Prisionero 1/4 x 1/2' Eje de Acero Plata de 10 mm Tornillo cabeza plana Acople de Manguera Plástico para invernadero Mecanismo Ventilación Cenital Manguera de agua flexible 1/2' Manguera de agua rígida 1/2' Goteros Microaspersor Acople de manguera Acople para Microaspersor Pintura negra en aerosol 15 28 8 64 1 2 10 2 2 2 1 8 2 4 1 5 1 4 1 1 1 3 m Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad (2m) Unidad Unidad m2 Unidad m m Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad 0,81 0,05 0,18 0,02 10 0,20 0,67 20 20 0,05 21,95 0,07 1,25 1,25 60 2 1 0,05 2,5 1,25 1,5 2 12,15 1,40 1,44 1,28 10,00 0,40 6,70 40,00 40,00 0,10 21,95 0,56 2,50 5,00 60,00 10,00 1,00 0,20 2,50 1,25 1,50 6,00 SUBTOTAL 225,93 Mientras que en la Tabla 2 se puede observar el costo de los materiales usados en el desarrollo del sistema electrónico y de control del proyecto: 4 Tabla 2. Materiales usados en el desarrollo electrónico y de control. Material Sensor LM-35 Sensor HS-1101LF Amplificador LM-358 Timer 555 Bornera doble Jack macho Bornera triple Fuente de poder Altek 650W Sensor Magnético Fusible 1A Porta Fusible Logo 12/24 RC Cable de Programación LOGO! Relés 5V Relés 12V Caja de Control Tip 122 Resistencias PIC 16F877-A Cable eléctrico Placa de baquelita (20cm x 30cm) Cantidad 1 1 1 1 20 50 5 1 8 1 1 1 1 13 4 1 9 19 1 10 1 Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad Metro Unidad V. Unitario 1,74 9,38 0,31 0,27 0,22 0,02 0,31 12,50 2,25 0,10 0,40 128,40 85,87 0,58 0,58 35,00 0,75 0,02 6,00 0,33 2,37 V. Total 1,74 9,38 0,31 0,27 4,40 1,00 1,55 12,50 18,00 0,10 0,40 128,40 85,87 7,54 2,32 35,00 6,75 0,38 6,00 3,30 2,37 Placa de baquelita (10cm x 20cm) Quemador de PIC Zócalo 8 patas Clock 4Mhz Zócalo 40 patas 1 1 2 1 1 Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad 0,98 30,00 0,05 0,49 0,25 0,98 30,00 0,10 0,49 0,25 SUBTOTAL 359,40 En la Tabla 3 en cambio se puede observar el costo de los actuadores: Tabla 3. Actuadores usados en el desarrollo del prototipo. Actuador Motorreductor Oriental Motors Motorreductor Bodine Electric Company Calefactor eléctrico Electroválvula 110 VAC SUBTOTAL Cantidad 1 1 1 2 Unidad Unidad Unidad Unidad Unidad V. Unitario 150 158 12 3,35 V. Total 150 158 12 6,7 326,7 5 Sumando los subtotales, el costo total del desarrollo del prototipo es: TOTAL 911,67 Mientras que el costo de implementación del sistema en un invernadero de dimensiones reales aumenta sobre todo debido al mayor uso de componentes mecánicos, tal como lo revela la Tabla 4 a continuación: Tabla 4. Materiales adicionales usados en la implementación del sistema. Material Cantidad Unidad V. Unitario V. Total Tubo de Acero Galvanizado 3' 90 Metro 6,69 602,10 Plancha de Zinc (0.5mx1m) 1 Unidad 10 10,00 Rodamientos 6000-2RS 6 Unidad 0,02 0,12 Engranaje 6 Unidad 20 120,00 Cremallera 6 Unidad 20 120,00 Prisionero 1/4 x 1/2' 6 Unidad 0,05 0,30 Eje de Acero Plata de 10 mm 5 Unidad (2m) 21,95 109,75 Tornillo cabeza plana 50 Unidad 0,07 3,50 Acople de Manguera 2 Unidad 1,25 2,50 Plástico para invernadero 4 Metro Cuadrado 1,25 5,00 Mecanismo Ventilación Cenital 4 Unidad 60 240,00 Manguera de agua flexible 1/2' 5 Metro 2 10,00 Manguera de agua rígida 1/2' 1 Metro 1 1,00 Goteros 16 Unidad 0,05 0,80 Microaspersor 8 Unidad 2,5 20,00 Acople para microaspersor 1 Unidad 1,5 1,50 Motorreductor Siemens 1 [HP] 2 Unidad 120 240 SUBTOTAL 1486,57 Al subtotal mostrado en la Tabla 4 hay que sumarle un valor aproximado de 2000 dólares destinado a la implementación del sistema de calefacción (tuberías, calefactores, etc.) y las piezas de unión de la estructura. Los costos de las partes eléctricas y de control se mantienen por lo que el costo total aproximado de la implementación del sistema en un invernadero de dimensiones reales se muestra en la Tabla 5 a continuación: 6 Tabla 5. Costo total de implementación del sistema. Concepto Valor Subtotal Partes Adicionales Sistema de Calefacción Partes Electrónica y de Control 1486,57 2000 359,40 TOTAL 3845,97 7 2. MARCO TEÓRICO. El presente capítulo trata en primera instancia los parámetros de control climático, luego se aborda el tema de invernaderos, los tipos que existen, los materiales de los que son construidos, y las ventajas y desventajas que ofrecen. También se analiza los objetivos de su uso y finalmente la forma en que se climatizan los invernaderos en la actualidad, explicando los sistemas que se usan para la construcción del prototipo y los factores que se busca controlar a fin de alcanzar el microclima de cultivo. 2.1. PARÁMETROS DE CONTROL CLIMÁTICO. El invernadero se concibe para proteger al cultivo de los efectos adversos del medio y generar un microclima diferente del existente en el exterior; dentro del mismo hay que procurar que los factores que intervienen en el desarrollo de los vegetales sean los adecuados. En la actualidad son muchos los agricultores que han iniciado la instalación de mecanismos que permiten la automatización del invernadero, entre los que constan sistemas de calefacción, ventilación, riego, e iluminación; mediante los cuales se logra controlar factores importantes para el crecimiento de las plantas como es mantener los niveles adecuados de la radiación, temperatura, humedad relativa y de CO2. La temperatura es el parámetro más importante a tener en cuenta en el manejo del ambiente dentro de un invernadero, ya que es el que más influye en el crecimiento y desarrollo de las plantas. Para el manejo de la temperatura es importante conocer las necesidades y limitaciones del tipo de cultivo. Así mismo se deben aclarar los siguientes conceptos de temperaturas, que indican los valores a tener en cuenta para el buen funcionamiento del cultivo y sus limitaciones: Temperatura mínima letal: Aquella por debajo de la cual se producen daños en la planta. 8 Temperaturas máximas y mínimas biológicas: Indican valores, por encima o por debajo respectivamente del cual, no es posible que la planta alcance una determinada fase vegetativa, como floración, fructificación, etc. Temperaturas nocturnas y diurnas: Indican los valores aconsejados para un correcto desarrollo de la planta. El calor se transmite en el interior del invernadero (tanto calentando como enfriando), a través de: Conducción, es producida por el movimiento de calor a través de los materiales de cubierta del invernadero. Convección, tiene lugar por el movimiento del calor por las plantas, el suelo y la estructura del invernadero. Infiltración, se debe al intercambio de calor del interior del invernadero y el aire frío del exterior a través de las juntas de la estructura. Radiación, por el movimiento del calor a través del espacio transparente, (López, Zapata, 2003). En la investigación de campo realizada se pudo conocer que en el cultivo de flores en invernaderos, siempre se busca una temperatura constante en el interior del mismo para así combatir los efectos externos e internos, lograr el bienestar de la planta, y conseguir características especiales como: la coloración de los distintos tipos de flores, tamaño del tallo y botón, etc. A partir de esto, en el desarrollo del prototipo se buscará recrear las condiciones óptimas para el cultivo de rosas, este valor depende del tipo de rosa, pero en general se puede decir que este valor varía entre 17 y 25°C con una mínima de 15ºC durante la noche y una máxima de 28ºC durante el día. La temperatura del suelo tiene igual importancia que la temperatura del aire, cuando la temperatura del suelo está por debajo de los 7°C, las raíces crecen de forma lenta y no absorben los nutrientes ni el agua. 9 La temperatura ideal para la germinación de la mayoría de semillas oscila entre los 18 y 25°C. Dicho esto, las condiciones climáticas que se buscan recrear deberán estar dentro de los rangos anteriores y a la vez se debe considerar la Tabla 6 en la cual se muestra como varía la temperatura interior de un invernadero respecto a la temperatura exterior del mismo. Tabla 6. Variación de temperaturas en un Invernadero. Temperatura exterior (°C) Temperatura Interior (°C) Diferencia (°C) 0 5 10 15 20 25 30 2 8 16 24 32 40 48 2 3 6 9 12 15 18 (Revista El Agro, Edición 128) Como se dijo previamente, otro factor importante es la humedad relativa o humedad ambiental, que es la cantidad de agua contenida en el aire en relación con la máxima que sería capaz de contener a la misma temperatura; es un factor climático muy importante en la vida de las plantas ya que interviene directamente en el crecimiento, la transpiración y la fecundación de las flores. Existe una relación inversamente proporcional de la temperatura con la humedad por lo que a elevadas temperaturas, aumenta la capacidad de contener vapor de agua y por tanto disminuye la humedad relativa; con temperaturas bajas, sucede lo contrario. Cuando la humedad relativa es excesiva las plantas reducen la transpiración y disminuyen su crecimiento, se producen abortos florales por apelmazamiento del polen y un mayor desarrollo de enfermedades criptogámicas. Por el contrario, si es muy baja, las plantas transpiran en exceso pudiendo deshidratarse, dificultando el proceso de fotosíntesis. 10 Por ser un lugar cerrado y por la evapotranspiración1 de las plantas y del suelo, la humedad interior del invernadero respecto al exterior siempre es mayor. El exceso puede reducirse mediante ventilado, aumento de la temperatura y evitando el exceso de humedad en el suelo, en cambio la falta de humedad puede corregirse a través del riego, nebulización, ventilado y sombreado. (Sánchez, 2005) La humedad relativa para el cultivo de flores oscila entre el 60 y 80%, (EXPOFLORES, http://www.expoflores.com/humedad/). Por su parte, la luminosidad en el interior del invernadero debe aumentar proporcionalmente a la temperatura, la Humedad Relativa y el CO2, para que la fotosíntesis sea máxima. El manejo y suministro de la iluminación natural y artificial respectivamente se lo realiza con el propósito de: aumentar la asimilación neta de luz y duración del día que ayude a la fotosíntesis de las plantas y provoque floración en plantas de día largo que necesitan de un mayor tiempo de iluminación. También rompe la continuidad del período oscuro (en plantas llamadas de día corto), y aumenta y disminuye la intensidad luminosa dependiendo las necesidades de cultivo. De acuerdo con la ubicación del invernadero y su cobertura la cantidad de luz que pasa al interior del invernadero va del 60 a 90%. Al igual que los demás factores, la necesidad de iluminación depende del cultivo; las flores ecuatorianas debido a la ubicación geográfica que posee nuestro país, goza de una exposición solar directa y continua que hace que solo pocas clases necesiten de iluminación artificial que supla la ausencia de este factor. Un ejemplo de iluminación artificial se puede observar en la Figura 2. 1 Evapotranspiración: Fenómeno físico en el cual el agua pasa de líquido a vapor. (Sánchez Reyes Cristián, 2005, “Sistemas de Riego: Uso, Manejo y Aplicación”, Lima-Perú, Ediciones Ripalme E.I.R.L). 11 Figura 2. Iluminación artificial en Invernaderos. (http://www.guiaverde.com/productos/iluminacion_para_horticultura_601) Las rosas, que es el cultivo elegido para este trabajo de investigación son llamadas plantas de día corto por lo que la iluminación natural que reciben (horas-luz) en el día es suficiente y la iluminación artificial no es necesaria; sin embargo hay que controlar el exceso de iluminación natural en días calurosos ya que esta aumenta la temperatura dentro del invernadero y el cultivo se puede ver afectado. El CO2 o anhídrido carbónico proveniente de la atmósfera, es otro parámetro a tener en cuenta ya que es la materia prima imprescindible en la función clorofílica de las plantas. El enriquecimiento de la atmósfera del invernadero con CO2, es muy interesante e importante en muchos cultivos, tanto en hortalizas como en flores. Los niveles aconsejados de CO2 dependen del cultivo, de la radiación solar, de la ventilación, de la temperatura y de la humedad relativa. El nivel óptimo de asimilación de CO2 está entre los 18 y 23º C de temperatura, cada especie vegetal tiene un nivel óptimo distinto mientras que la concentración 12 normal de CO2 en la atmósfera es del 0,046%, (WIKIPEDIA, http://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera_terrestre). La fertilización con CO2 produce efectos importantes sobre los cultivos hortícolas como por ejemplo: aumento de la precocidad de aproximadamente un 20% y de los rendimientos en un 25-30%, mejora la calidad del cultivo y de la cosecha. 2.2. EL INVERNADERO. Se llama así a toda estructura de cierta altura, cerrada y cubierta por materiales transparentes a la luz solar, dentro de la cual se alcanzarán condiciones artificiales de microclima útiles para el cultivo de plantas, (Alvarado, Urrutia, 2003). En la Figura 3 se puede observar un típico invernadero destinado al cultivo de rosas; en este caso el invernadero pertenece a la florícola Rosalquez ubicada en la provincia de Cotopaxi. Figura 3. Invernadero de rosas de la florícola “Rosalquez”. 13 Un invernadero cumple la función de crear y controlar microclimas artificiales en los cuales se desarrollan las plantas, acumulando calor durante el día para fomentar su precocidad, aumentando la seguridad, la producción y la calidad comercial de las cosechas y abaratando costos. El uso de invernaderos surge de la necesidad de obtener producciones fuera de época en circunstancias en que estas mismas cosechas no serían posibles dadas las condiciones climáticas no favorables del medio externo. 2.2.1. FUNCIONAMIENTO DE LOS INVERNADEROS. El objetivo de un invernadero es reproducir con antelación las plantas a partir de semillas o esquejes2 debido a que en su interior se crea una temperatura más elevada que en el exterior (especialmente en épocas de frio y heladas) pudiéndose obtener condiciones óptimas para los cultivos. Estas condiciones tienen que ver directamente con tres factores: luz, humedad y calor, que son necesarios para que la germinación y crecimiento de las especies dentro del invernadero se puedan dar efectivamente mientras se espera buen tiempo en el exterior, o que la planta sea lo suficientemente fuerte para soportar las inclemencias del ambiente. Para su funcionamiento el invernadero aprovecha el efecto producido por la radiación solar que, al atravesar el vidrio, plástico o material traslúcido con el que este cubierto el invernadero, calienta los objetos contenidos dentro del mismo; estos a su vez, emiten radiación infrarroja cuyas características principales son: que no es visible y que posee un nivel de energía mucho menor que la radiación solar. Los gases contenidos en el interior del invernadero como son: el CO2, el vapor de agua, etc., mantienen buena parte de esta radiación calentado el invernadero produciéndose el llamado “efecto invernadero”, el cual se puede observar en la Figura 4. 2 Esqueje: Fragmento de una planta a través del cual se obtiene un nuevo ejemplar genéticamente idéntico al original. (http://www.botanical-online.com/esquejes.html) 14 Figura 4. “Efecto invernadero” que produce el calentamiento global. (http://lasinvernaderas.blogspot.com/) Por otro lado, las paredes y ventanas del invernadero encierran el aire caliente impidiendo su salida e intercambio por aire exterior más frío, (Alpi, Tognoni, 1999). El efecto de la radiación que incide en el microclima del invernadero se puede observar en la Figura 5. Figura 5. Componentes de la radiación que incide sobre la cubierta de un invernadero. (http://www.infoagro.com/industria_auxiliar/microclima_invernadero_procesos_fisicos.htm) 15 Debido a que en el país no contamos con zonas climáticas definidas y fácilmente podemos tener desde un clima frío y lluvioso, hasta un calor extremo en el mismo día, surge la necesidad de controlar eficientemente los factores internos que influyen en el microclima del invernadero. 2.2.2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE INVERNADERO. En la agricultura, especialmente en la que se desarrolla a campo abierto hay muchos factores que no podemos controlar: clima, insectos, mercado, costo de materiales e insumos, disponibilidad de mano de obra, etc. La tendencia actual es eliminar riesgos minimizándolos al máximo, es por eso que entre los detalles que se controlan con el uso de invernaderos tenemos: Control Climático: con los invernaderos se mejora y se minimiza además el riesgo por el clima: lluvia, viento, heladas, etc. En fin permite control total del clima. Control de Recursos: El empleo de invernaderos nos posibilita la opción de regular con mayor eficacia los recursos hídricos, abonos, fertilizantes, sustratos, etc. Control de plagas: El paso de cultivos en campo abierto a invernaderos, reduce la posibilidad de perder el cultivo por insectos y los virus. Este tipo de controles en la mayoría de invernaderos del país (salvo excepciones) y especialmente en los visitados en la provincia de Cotopaxi, se lo hace mediante operarios y de manera manual y artesanal; es verdad que se logra un mejor control que en cultivos a campo abierto, pero el porcentaje de eficacia de control es aún muy bajo comparado con invernaderos en los que la tecnología para su control es la prioridad. 16 Las ventajas de cultivar en invernaderos son varias pero entre las más destacadas se puede nombrar: precocidad en el cultivo de plantas, aumento de la calidad y el rendimiento en las plantas y frutos, producción fuera de época, ahorro de agua, fertilizantes, y recursos en general, control de enfermedades e insectos, posibilidad de obtener más de un ciclo de cultivo al año, posibilidad de instalación de sistemas automáticos que nos brindan la posibilidad de tener un control constante de los factores descritos previamente, etc. Sin embargo, también hay factores que influyen mucho a la hora de decidirse por cultivar bajo invernadero entre las que podemos nombrar: la alta inversión inicial y el alto costo de materiales de operación, la necesidad de personal especializado, el alto costo de mantenimiento, las zonas climáticas no definidas que hacen más difícil el control climático, etc. (Alvarado, Urrutia, 2003). 2.2.3. TIPOS DE INVERNADEROS. Los invernaderos se pueden clasificar de distintas maneras según determinadas características de sus elementos constructivos entre las que podemos destacar: Por Perfil Externo o Apariencia: Invernadero Plano o tipo Parral, de Raspa y Amagado, Asimétrico o Inacral, Capilla y Doble Capilla, Diente de Sierra, Semicilíndrico o tipo Túnel, de Cristal o tipo Venlo. Por Material de Estructura: De Madera, Metálicos, De Hormigón, con Pilares de plástico reciclado y Mixtos. Por Movilidad: Invernaderos Móviles y Permanentes. 17 Por Material de Cubierta: De Lámina Flexible, Placa Semirrígida y Rígido. Por Temperatura: Invernaderos Fríos, Templados y Calientes. De acuerdo al estudio de campo y a la investigación en las diferentes fuentes bibliográficas citadas al final de este documento, el tipo de invernadero más recomendable para el cultivo de flores es el “Invernadero Semicilíndrico o tipo Túnel”. Este tipo de invernadero se caracteriza por la forma curva de su cubierta a modo de túnel y su estructura de tipo metálico, las cuales ofrecen un mayor control climático, gran resistencia a los vientos fuertes, etc. Es ideal para el cultivo de plantas de bajo o mediano porte como las frutillas, lechugas, flores, etc., es fácil de instalar (posee estructuras prefabricadas), ofrece alta transmisión de luz solar, su estructura es capaz de adaptarse a cualquier material de cobertura y los pocos obstáculos que posee no generan sombras por lo que garantiza una buena iluminación. Brinda además, una buena ventilación y estanqueidad3 a la lluvia y el aire, y permite la instalación de sistemas de ventilación cenital4 y natural, y mecanismos de automatización. En la Figura 6 se puede observar un ejemplo de este tipo de invernadero. 3 Estanqueidad: Cualidad por la que determinamos si algo tiene o no fugas. (http://www.cosmocax.com/%C2%BFque-es-la-estanqueidad/) 4 Ventilación Cenital: Ventilación que se logra a través de aberturas practicadas tanto en el techo como en los lados de un ambiente. (Flores G. Percy, 2006, “Invernaderos: Construcción y Manejo”, Lima-Perú). 18 Figura 6. Invernadero Tipo Túnel usado en el cultivo de tomates. (http://murphylovestomatoes.blogspot.com/) En la Figura 7 se puede observar un invernadero tipo túnel modificado, se mantiene su techo curvo pero las paredes son rectas y se han añadido canales laterales; con estas variaciones se logra un buen volumen interior de aire y por consiguiente una alta inercia térmica5, y los canales buscan aprovechar el agua de lluvia o su evacuación. Figura 7. Invernadero tipo túnel modificado. (www.jardinyplantas.com/invernaderos/) 5 Inercia Térmica: capacidad que tiene la masa de conservar la energía térmica recibida e ir liberándola progresivamente, disminuyendo de esta forma la necesidad de aportación de climatización. (http://www.construmatica.com/construpedia/Inercia_T%C3%A9rmica). 19 El tamaño de este tipo de invernaderos es variable, su altura máxima total varía entre 3.5 y 5 metros, el ancho de cada nave varía entre 6 y 9 metros y su longitud depende de cómo se construya. El techo curvo se logra mediante la utilización de cerchas6. Según información brindada en una visita al Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca (MAGAP) en Ecuador la construcción de invernaderos no está regulada en ninguna forma por norma o estándar, y más bien se la hace por requerimientos propios (tipo de planta, tamaño de estructura), o por el costo que el interesado está dispuesto a invertir. A la hora de elegir el lugar adecuado para establecer un invernadero se debe tomar en cuenta los siguientes factores según (Ávalos, 2006): Suelo: El rendimiento del cultivo depende de su fertilidad por lo cual este debe tener un buen contenido de materia orgánica. Topografía: Se debe considerar la pendiente del terreno ya que de esta depende directamente la construcción del invernadero siendo una pendiente de 30% la más óptima. Agua: La producción y productividad de los cultivos dependen del abastecimiento de agua de buena calidad a través de los sistemas de riego. Viento: Se debe construir el invernadero en hondonadas para que el efecto del viento sea menor de lo contrario se hace necesario la implementación de barreras rompe vientos. Vías de acceso: Debe estar ubicado cerca de un camino para facilitar el transporte de materiales e insumos. Disponibilidad de energía eléctrica: El uso de sistemas de riego, fertilización, ventilación, y toda posible automatización dependen de este factor. 6 Cercha: Armazón que sostiene un arco y permite soportar grandes cargas transversales, como en la acción de viga, pero con deflexiones y cantidad de material mucho menores. (http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4080020/Lecciones/Capitulo%205/F ORMAS%20DE%20VECTOR%20ACTIVO.htm) 20 Condiciones climáticas: Dependen de cada cultivo pero, para invernaderos de clima frío este debe tener la capacidad de abrigar, retener y almacenar radiación infrarroja emanada del suelo y de las plantas. 2.3. MATERIALES USADOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE INVERNADEROS. El Invernadero al ser una construcción consta de 2 partes principales: la estructura, que es el esqueleto básico, y de la cobertura, que será el material que envuelva el espacio climático que vamos a controlar. Una de las partes por las que está conformado un invernadero es la cubierta, en el mercado podemos encontrar varios materiales que se usan como tal y al igual que con las estructuras también presentan ciertas particularidades que debemos manejar para saber qué es lo que nos conviene mejor elegir. La importancia del material de cobertura en un cultivo bajo invernadero se debe a que constituye el agente modificador del clima natural de la zona en donde se vaya a construir, (López Galvez, Zapata, 2003). En un inicio, el cristal era el único material que se utilizaba para la cubierta de los invernaderos a nivel mundial pese a los problemas que presentaban, pero la aparición del plástico cambio este hecho y hoy se lo emplea desde pequeñas construcciones hasta grandes invernaderos tecnificados. Dichos plásticos inicialmente también presentaron sus inconvenientes a causa de sus escasas propiedades aislantes y se enfriaban rápidamente por la noche; además, había poca claridad y ésta disminuía a causa del polvo atraído por la carga electrostática; finalmente, solían agrietarse al cabo de uno o 2 años de uso debido a la descomposición causada por los rayos ultravioletas. 21 Sin embargo las cosas han mejorado con los plásticos modernos, se han añadido elementos que combaten a los rayos UVA alargando su vida útil a 10 o 15 años; en la Figura 8 se puede observar los materiales de cubierta usados más comúnmente: Figura 8. Materiales de Cubierta para Invernaderos. (http://www.infoagro.com/industria_auxiliar/plasticos4.htm) La elección del material de cobertura es muy importante y dependerá de una serie de criterios e indicadores como por ejemplo: la respuesta agronómica debida al material empleado (precocidad, producción y calidad), las propiedades ópticas, térmicas y mecánicas del material de cubierta, la estructura del invernadero, anclaje o sujeción del plástico, etc. (Alpi, Tognoni, 1999). En forma general se puede decir que el material ideal sería aquel que cumpliera con las siguientes características: buen efecto de abrigo, gran retención de calor, gran rendimiento térmico, gran transparencia a las radiaciones solares, opacidad a las radiaciones infrarrojas largas emitidas por el suelo y planta durante la noche, (INFOAGRO, http://www.infoagro.com/industria_auxiliar/ plasticos1.htm). 22 A los materiales de cubierta se los puede dividir en tres grupos: Vidrio Impreso o Catedral. Plásticos rígidos: Polimetacrilato de metilo (PMN), Policarbonato (PC), poliéster con fibra de vidrio, Policloruro de vinilo (PVC). Plásticos flexibles: Policloruro de vinilo (PVC) con plastificantes, Polietileno de baja densidad (PE), Etileno vinilo de acetato (EVA) y materiales coextruidos. Pese a las ventajas que ofrecen los materiales modernos y las nuevas técnicas de cultivo, por factores como los costos elevados y el desconocimiento, en nuestro país aun se utiliza en mínima forma. En las visitas realizadas a las florícolas de la provincia de Cotopaxi se pudo apreciar que la gran mayoría de invernaderos en esta zona simplemente usaban los mismos plásticos tanto en paredes como techos, el material de cubierta más comúnmente usado en el país es el Polietileno al cual se le ha añadido protección térmica y UV. Este será el material usado para la cobertura del prototipo debido a sus características las cuales se pueden observar en la Tabla 7: 23 Tabla 7. Características físicas de algunos materiales usados como recubrimiento. Vidrio o Cristal Polietileno (0.08mm) PVC PVC Ondulado (4mm) Densidad (Kg/m3) 2400 930 1250 a 1500 1400 1180 1500 Índice de Refracción 1.516 1.512 1.528 --- 1.489 1.549 % de dilatación antes que se rompa Nula 400 - 500 200 - 250 50 - 100 Escasa Escasa Muy Elevada - 40°C a +70°C - 10°C a +50°C - 20°C a +70°C - 70°C a +80°C - 70°C a +100°C Elevada 2 años 2 a 3 años Elevada Elevada Elevada 87-90 70 a 75 80 a 87 77 85 a 92 70 a 80 Características Resistencia a la Temperatura Duración % de Transparencia PMM (4mm) Poliéster Estratificado (1-2 mm) (Alpi A, Tognoni F, (1999), Cultivo en Invernadero, Madrid-España, Editorial Mundi-Prensa). 24 La segunda parte por la que está conformado un invernadero es su estructura, esta debe ser diseñada y construida para que pueda soportar además de su propio peso, otras cargas que se le puedan adicionar como por ejemplo: tutores de las plantas, colgantes de la estructura, sobrecargas debido a factores externos, el empuje del viento, mecanismos de automatización, etc. La estructura es uno de los factores más importantes a tener en cuenta, no solo porque mantendrá el invernadero en pie, sino que estará bien montado para captar la mayor parte de energía solar posible, sobre todo en el invierno. Por ello, adecuar la altura del invernadero, la ventilación, y el largo, será parte fundamental al querer generar un invernadero que funcione bien. En la Figura 9 por ejemplo, se puede observar una variedad de invernadero compuesto de aluminio y policarbonato transparente y el típico invernadero construido en madera. Figura 9. Invernadero de aluminio y policarbonato transparente e Invernadero de Madera. (www.jardinyplantas.com/importanciadelaestructuradeinvernaderos) Los materiales más empleados en las estructuras de los invernaderos son: madera, aluminio, hierro, hormigón armado y alambre galvanizado, los cuales deben cumplir con las siguientes condiciones para su uso: ser ligeros, resistentes y de fácil conservación, ser adaptables y modificables a los 25 materiales de cubierta, ser lo suficientemente fuertes como para resistir condiciones climáticas drásticas como: vientos, nieve y granizo. Además deben ser de material económico, funcional y fácil de manejo, deben poseer máxima durabilidad y brindar máxima sombra y finamente ser lo suficientemente fuertes como para soportar pesos extras. 2.4. CLIMATIZACIÓN DE UN INVERNADERO. Depende del clima de la región en la que está ubicado por lo cual se la puede dividir en dos grupos: Climatización en períodos fríos, cuyo fin es calentar y mantener la temperatura dentro del invernadero. Climatización en períodos calientes, cuyo fin es bajar la temperatura ya que durante el tiempo de cultivo esta será excesiva y afectará directamente a la planta. Debido a que en la región Interandina o Sierra de nuestro país las temperaturas son bajas e impredecibles y no disponemos de estaciones definidas, esta parte del trabajo de investigación resulta de gran importancia ya que se explica los sistemas que se usan para evitar temperaturas bajas y las llamadas “heladas” haciendo énfasis en los sistemas que serán utilizados en la construcción del prototipo de invernadero. Para lograr mantener la temperatura en el interior del invernadero se debe usar adecuadamente materiales de cubierta, se debe lograr un buen hermetismo y tomar en cuenta los parámetros de control climático mencionados previamente. 26 2.4.1. CALEFACCIÓN POR AIRE CALIENTE. La calefacción por aire caliente consiste en hacer pasar aire a través de focos caloríficos y luego impulsarlo dentro de la atmósfera del invernadero como se puede observar en la Figura 10. Figura 10. Sistemas de calefacción y ventilación en invernaderos españoles. (http://www.airteck.es/intalaciones-climatizacion-industrial-agricola.php) Este método se puede aplicar a través de: Generadores de combustión directa: Un ventilador lanza una corriente de aire al interior de la cámara de combustión del generador. Lo que se obtiene a la salida es aire ya caliente pero con gases de la combustión, que pueden crear problemas de fitotoxicidad7. Generadores con intercambiador de calor: La corriente de aire no pasa directamente a través de la cámara de combustión del generador de calor, sino que se calienta atravesando una cámara de 7 Fitotoxicidad: Se refiere a tóxicos que afectan a los vegetales. (www.manualdelombricultura.com/glosario/pal/124.html.) 27 intercambio, mientras que la cámara de combustión elimina los gases que se producen en ella a través de una chimenea. Las ventajas que nos ofrecen los sistemas de calefacción por aire caliente son: la menor inversión económica que necesita su implementación y su versatilidad, ya que pueden usarse como sistema de ventilación, con el consiguiente beneficio para el control de enfermedades. Los inconvenientes de este tipo de sistema son que: proporcionan una deficiente distribución del calor por lo que se debe colocar los calefactores en los lugares adecuados, y que su costo de funcionamiento es alto y si se averían, la temperatura desciende rápidamente, (Matallana, Montero, 1995). Comparando este sistema con otros, como por ejemplo: la calefacción por agua caliente, resulta ser más económica ya que no incurre en gastos por implementación y mantenimiento de tuberías, y no usa agua. El uso de calefacción es un método que se debe racionalizar ya que usa combustibles o energía eléctrica para funcionar, además se la debe acondicionar de manera que obtengamos la temperatura ideal que requiera nuestro cultivo. Cabe recalcar que además existen otros sistemas que permiten conservar la temperatura en el invernadero que no se usarán pero que vale la pena nombrarlos y son: empleo de doble cubierta en el caso de los invernaderos sin calefacción, aprovechamiento del propio follaje de las plantas para generar mayor radiación y por ende más calor, calefacción por agua caliente, etc.; la elección de emplear únicamente este tipo de calefacción se basa en las ventajas que ofrece con respecto a los demás sistemas. Durante el ciclo de vida de una planta será primordial mantener una temperatura ideal para su cultivo por lo que a continuación se describen los métodos que se usan en el prototipo con el fin de reducir su exceso. 28 2.4.2. LA VENTILACIÓN. La ventilación es el método más fácil para refrigerar el invernadero, regular la humedad relativa y favorecer la renovación de dióxido de carbono cuando estos parámetros microclimáticos hayan superado los límites máximos. Esta se puede tornar difícil en zonas con poco viento, por lo que se suele usar ventanas o aberturas cenitales más amplias, las mismas que se practican en la parte más alta del techo, (Díaz, Pérez, 1994). Una ventana cenital resulta ser hasta ocho veces más efectiva que una lateral en términos de aireación por lo que es muy común verlas en los invernaderos dedicados al cultivo de flores. Existen dos tipos de ventilación: a) Ventilación Natural: Consiste en la colocación de ventanales laterales y cenitales que faciliten el intercambio de aire. Esto se logra ya que el aire caliente del interior por ser más liviano sale por la parte superior del invernadero, éste a su vez crea una succión de aire fresco desde los laterales y éste ocupa el lugar del aire que sale. Este fenómeno se puede observar claramente en la Figura 11 a continuación: Figura 11. Ventilación Natural en Invernadero Curvo. (Hojas Técnicas S&P) 29 b) Ventilación Mecánica Simple: Los sistemas de este tipo consisten en crear una corriente de aire mediante extractores, estos a la par extraen el aire caliente del interior del invernadero y el aire fresco proveniente del exterior ocupa su lugar como se puede ver en la Figura 12. Figura 12. Ventilación Mecánica Simple. (Hojas Técnicas S&P) Existe un tipo de ventilación adicional llamada ventilación mecánica húmeda pero este tipo de ventilación no será desarrollada en el prototipo. Hay que tener en cuenta que las rosas necesitan niveles de humedad relativa alta por lo que la ventilación es sumamente importante; este tipo de humedad se regula a través de la ventilación natural y mecánica por lo que el prototipo contará con un sistema de ventilación cenital y lateral mecánico. 2.4.3. SISTEMAS DE RIEGO AUTOMÁTICO. Son sumamente importantes ya que proporcionan el agua de forma regulada según las necesidades de cultivo. Este quizá es el campo de mayor desarrollo e importancia dentro de la floricultura ecuatoriana por lo que su 30 desarrollo en este trabajo de investigación es inevitable. Al analizar los sistemas de riego se puede comprobar que el “Sistema de riego por Goteo” y el “Sistema de riego por Microaspersión” son los de mayor uso y porcentaje de eficacia de aplicación de agua mayor, (Sanchez, 2005) 2.4.3.1. Sistema de Riego por Goteo. Este tipo de riego opera sólo, únicamente necesita de: un computador que será el encargado de activar o desactivar los actuadores de acuerdo a la programación asignada, un suministro de agua y un suministro de energía eléctrica cercanos. Comúnmente puede usar aspersores, difusores, electroválvulas, mangueras, tuberías, etc. (http://www.israriego.com.ec/ riego.htm). El riego por goteo busca la aplicación de agua: lenta, localizada y uniformemente a través de una red de canales o tuberías que desembocan en puntos de emisión o goteros como se puede observar en la Figura 13. Figura 13. Sistema de Riego por Goteo. (http://www.flordeplanta.com.ar/riego/sistemas-de-riego-por-goteo/) 31 Las ventajas que ofrece este tipo de riego son: la eficiencia de aplicación de agua del 90% con el consiguiente ahorro de agua, mantiene el nivel de humedad en el suelo y se puede aplicar fertilizantes y productos fitosanitarios a través de él. También disminuye las malezas, no erosiona el terreno, no moja el follaje por lo que no fomenta enfermedades producidas por hongos, aumenta la velocidad de desarrollo de ciertas plantas, aumenta la producción y por ser un sistema automático ahorra rubros de mano de obra. Los problemas de este tipo de riego se dan porque la inversión inicial de implementación es alta y en caso de que el sistema ya se encuentra instalado, los emisores o goteros se suelen tapar y la cantidad de materiales para extensiones grandes es grande. 2.4.3.2. Sistema de Riego por Microaspersión. En este sistema de riego automático el agua se aplica mediante dispositivos llamados difusores o microaspersores, los cuales distribuyen el agua en forma de lluvia fina sobre un diámetro no mayor de 6 metros cuando alguna de las partes está dotada de movimiento de rotación,(http://www.rregar.com/index.php?/riego-por-microaspersion/riegopor-microaspersion.html). Se caracteriza porque el área húmeda que cubre cada microaspersor es reducida pero bastante uniforme, los componentes convencionales que se usan son pequeños y económicos, y requiere bajos caudales para su operación. Las ventajas de usar este tipo de sistema de riego son: ahorro en el volumen de agua para el riego, menor peligro de propagación de enfermedades, evita los efectos nocivos de depósitos salinos en el follaje y menor evaporación del agua utilizada. 32 También es adecuado para utilizar fertirrigación8, necesita menor filtrado y frecuencia de riego que el goteo, y su eficiencia de aplicación es de alrededor del 70 %. En la Figura 14 se ilustra este sistema de riego. Figura 14. Sistema de Riego por Microaspersión. (http://cfacoca.centros.educa.jcyl.es/sitio/index.cgi?wid_item=62&wid_seccion=10) Los problemas que se presentan con el riego por microaspersión son que su implementación resulta entre un 20 a 25 % más costoso que el sistema de goteo, que sus emisores y tubos son dañados por los animales o que puedan taponarse. Este sistema de riego es aplicable al riego de hortalizas, plantas aromáticas, flores ornamentales, etc., sus costos de operación se reducen (a diferencia de los sistemas de riego convencional) y se adapta a cualquier topografía y suelo. 8 Fertirrigación: Técnica por la cual se aportan nutrientes y productos químicos a través del agua de riego. (Sánchez Reyes Cristián, 2005, “Sistemas de Riego: Uso, Manejo y Aplicación”, Lima-Perú, Ediciones Ripalme E.I.R.L). 33 2.5. SENSORES. El desarrollo del prototipo de invernadero contempla la medición de parámetros ambientales a través de los siguientes tipos de sensores: 2.5.1. SENSORES DE TEMPERATURA. Como su nombre lo indica un sensor es un dispositivo es capaz de medir una magnitud (en este caso la temperatura) y enviarnos una señal de salida para ser interpretada. En la mayoría de los casos esta señal no se puede usar directamente por lo que es necesario acondicionarla. Existe una variedad de sensores de temperatura como los que se puede ver en la Figura 16 entre los que destacan: termopares, sensores RTD (Pt-100), termistores (NTC y PTC), sensores de IC (LM-35), etc. Figura 15. Sensores de Temperatura. (http://www.electronicamedina.com.mx/e_store/index.php) Como se puede observar en la Tabla 8, se han analizando las características de cada tipo de sensor descrito, y con la información obtenida podremos hacer una mejor elección del tipo de sensor que nos conviene. 34 Tabla 8. Tipos de sensores de temperatura. Ventajas y desventajas. Termistor Sensor de IC Alto rendimiento. Rápido. Ventajas No lineal. Rango de temperaturas limitado. Frágil. El más lineal. El de mayor rendimiento. Económico. Medida de dos hilos. Desventajas Termopar Más estable. Más preciso. Robusto. Económico. Más lineal que los Termopares. Amplia variedad de formas físicas. Amplia gama de temperaturas. Limitado a<250 ºC. Precisa fuente de alimentación. RTD Autoalimentado. Caro. Lento. No lineal. Baja tensión. Lento. Precisa referencia. Precisa fuente de alimentación. Autocalentable. El menos estable. Autocalentable Configuraciones limitadas. El menos sensible. Precisa fuente de alimentación. Pequeño cambio de resistencia. Medida de 4 hilos Autocalentable (http://www.profesormolina.com.ar/35ntercambi/sens_transduct/temperatura.htm) 35 De acuerdo a la Tabla 8, a primera vista se puede decir que la elección de un termopar sería la más acertada debido a su mayor número de ventajas con respecto a los demás sensores pero hay detalles como su poca sensibilidad y estabilidad, además del tema de linealidad que hacen que no tomemos esta opción. Lo que se busca es un sensor con alto rendimiento y precisión, que sea de respuesta lineal rápida y a la vez económico. Estos criterios se ajustan a la descripción de un sensor CI de temperatura cuyas desventajas han sido eliminadas en cierto tipo de elementos que ya se comercializan en el mercado ecuatoriano, un ejemplo de ello es el sensor de temperatura LM-35 cuya descripción se menciono previamente en el capítulo 2. 2.5.2. SENSORES DE HUMEDAD RELATIVA. Como su nombre lo indica, estos sensores miden el porcentaje de humedad relativa del aire y lo expresan a su salida en voltios. En la mayoría de los casos esta señal no se puede usar directamente por lo que es necesario acondicionarla a través de amplificadores y filtros. Recordemos que la humedad relativa “es la cantidad de agua que contiene un gas expresada en porcentaje de la cantidad que el gas tendría en estado de saturación, a la misma temperatura y presión absoluta”, (http://www2.elo.utfsm.cl/~elo372/complemento2.pdf) por lo que la medición de la humedad relativa consiste en la relación entre la presión parcial del vapor de agua en el gas de que se trate y la presión de saturación del vapor, a una temperatura dada. Dicho esto, los principales tipos de sensores de humedad relativa son: 1. Sensores mecánicos (por deformaciones): funcionan midiendo los cambios en las dimensiones que sufren ciertos tipos de materiales (fibras orgánicas y sintéticas) en presencia de la humedad. 36 2. Sensores basados en sales higroscópicas: deducen el valor de la humedad relativa a partir de una molécula cristalina que tiene mucha afinidad con la absorción de agua. 3. Sensores por conductividad: la presencia de agua en un ambiente permite que a través de unas rejillas de oro circule una corriente. Según la medida de corriente se deduce el valor de la humedad. 4. Sensores electrolíticos: se sabe que una molécula de agua puede descomponerse por electrólisis, cuando esto ocurre se liberan dos electrones por molécula, la idea entonces es producir la electrólisis de las moléculas de agua presentes en el gas, y medir la corriente que se genera cuando aquello ocurre. 5. Sensores capacitivos: son quizás los más difundidos en la industria y meteorología, y se basan en el cambio que sufre la capacidad de un condensador al variar la constante dieléctrica del mismo. 6. Sensores Infrarrojos: estos disponen de 2 fuentes infrarrojas que lo que hacen es absorber parte de la radiación que contiene el vapor de agua. 7. Sensores Resistivos: aplican un principio de conductividad de la tierra, es decir, cuanta más cantidad de agua hay en la muestra, mas alta es la conductividad de la tierra. 8. Sensores piezoeléctricos: los cristales poseen frecuencias de oscilación bastante estables, sin embargo, al cambiar la masa del cristal por deposiciones de materiales sobre él, éste experimenta una variación en su frecuencia de oscilación por cada microgramo [µg] de aumento de material sobre su superficie. Analizando las características descritas y basándonos en los criterios de elección de sensores descrito previamente, se eligió al sensor HS-1101 para la medición de la humedad relativa del interior del invernadero cuya descripción se encuentra en el capítulo 2. 37 3. METODOLOGÍA Y MATERIALES. A continuación se explica la metodología que se usó para el desarrollo del trabajo de investigación, inicialmente se dará una breve descripción de la metodología de la investigación, es decir la Metodología Mecatrónica, y hasta donde se piensa llegar. A la par de lo descrito anteriormente se detallará la lista de materiales que se va a usar en cada una de las partes que corresponden al diseño mecatrónico con su respectiva descripción y el software empleado para el diseño y simulación de la parte mecánica, electrónica y de control. 3.1. METODOLOGÍA MECATRÓNICA. Este tipo de metodología comprende el análisis de los requerimientos del proyecto, el diseño mecánico, eléctrico y electrónico, y del sistema de control para el desarrollo de un prototipo virtual que emulará el proyecto antes de construirlo. Finalmente se construye el producto mecatrónico. Cabe recalcar que las pruebas de funcionamiento necesarias para que el producto final sea de alta calidad y tenga un funcionamiento libre de errores se explicarán en el siguiente capítulo. En la Figura 16 se muestra un resumen de cada una de las partes que corresponden a este tipo de metodología: Figura 16. Metodología del Diseño Mecatrónico. 38 Aplicando este concepto podemos decir que el presente trabajo de investigación llega a cumplir con las siguientes secciones al ser un prototipo: Análisis de requerimientos mecatrónicos. Diseño Mecánico, Electrónico y de Control. Modelado CAD del prototipo. Construcción de partes mecánicas. Construcción de circuitos electrónicos y de control necesarios. Simulación y Pruebas de Funcionamiento del Sistema. El resto de partes, es decir, la manufactura, el soporte y servicio, y el mantenimiento de la ingeniería no se aplican ya que como se dijo solo se llegará al prototipo. 3.2. ANÁLISIS DE REQUERIMIENTOS DEL PROYECTO. Determina las características mecánicas, eléctricas e informáticas que poseerá el prototipo, las cuales cumplen con las siguientes características: Mecánica: se diseñará los componentes estructurales. La fuerza necesaria para la apertura de ventanas cenitales y laterales provendrá de un sistema piñón-cremallera el cual será diseñado e impulsado por motores AC de inducción. Acondicionamiento de señal de entrada: se empleará sensores analógicos y amplificadores. Arquitecturas de control: se usará un módulo lógico con sus respectivos algoritmos de control que funciona en conjunto con un microcontrolador. 39 3.2.1. ELECCIÓN DEL SOFTWARE DE DISEÑO. Para la elección del software de diseño de cada una de las partes de la investigación se realizó un estudio comparativo calificando las características de dos programas en una escala entre 1 y 5, como se muestra en la Tabla 9. Tabla 9. Escala de evaluación de Software. 1 2 3 4 5 No posee/No Regular Bueno. Muy Bueno Si posee/Si SolidWorks: Es un software el cual permite modelar piezas y conjuntos y extraer de ellos tanto planos como otro tipo de información necesaria para la producción. Funciona con base en las nuevas técnicas de modelado con sistemas CAD. Proporciona un entorno completo para el trabajo y estudio mecánico, trabaja con archivos .dwg permitiendo conservar datos originales y finalmente interactúa con otras aplicaciones informáticas. En la Tabla 10 se ha comparado las ventajas de dos tipos de software de diseño mecánico para determinar el que más nos conviene usar: Tabla 10. Análisis comparativo para la elección del software mecánico. Características SolidWorks 2010 Inventor 2010 Soporte de Fabrica Biblioteca de Elementos Diseño Mecánico Interacción con otras herramientas Informáticas Moldeamiento 3D Facilidad de Uso Programas Complementarios Incluidos 5 5 4 5 5 5 5 3 2 5 3 3 Total 29 21 40 Proteus 7: Es un programa para simular circuitos electrónicos complejos integrando inclusive desarrollos realizados con microcontroladores de varios tipos, en una herramienta de alto desempeño con unas capacidades graficas impresionantes. Presenta una filosofía de trabajo semejante al SPICE o al ORCAD y gracias a este software no hay que preocuparse por las distancias máximas y mínimas, los patillajes de los circuitos integrados o el tamaño que tendrá cada componente una vez se monte todo, ya que el propio software incluye todas las medidas y tamaños estandarizados del sector. En la Tabla 11 se ha comparado las ventajas de dos tipos de software de diseño de circuitos electrónicos para determinar el que más nos conviene usar: Tabla 11. Análisis comparativo para la elección del software electrónico. Características Librería de herramientas de diseño electrónico Entorno de diseño gráfico de S.E.D.* Entorno de diseño gráfico de S.E.A.** Entorno de simulación y modelación de sistemas virtuales Ejecutabilidad con otros entornos Facilidad de uso Soporte de fabrica Total Proteus 7 5 5 4 5 Programas Multisim 10.0 5 4 4 4 4 5 5 33 4 4 5 30 Orcad 5 4 5 3 4 3 5 29 * Sistemas electrónicos digitales. **Sistemas electrónicos analógicos. 3.3. CARACTERÍSTICAS ELECTRÓNICAS. Con el objetivo de obtener datos exactos tanto de temperatura como de humedad relativa en el interior del invernadero y así poder lograr las 41 condiciones de microclima que se desean, es necesario elegir sensores que sean capaces de brindarnos esta información. Para elegir el sensor más adecuado se debe tomar en cuenta los siguientes parámetros: 1. El tipo de medición que se requiere, por ejemplo: Variable que se va a medir y su valor nominal. Rango de valores Exactitud, velocidad de medición y confiabilidad Condiciones ambientales en que se realizará la medición. 2. Tipo de salida del sensor: esto determinará las condiciones de acondicionamiento de la señal. Y en base a esto se pueden identificar sensores con base a: Rango de medición y confiabilidad. Exactitud y linealidad. Velocidad de respuesta. Facilidad de mantenimiento y tiempo de vida. Requisitos de alimentación eléctrica. Disponibilidad y Costo. 3.3.1. SENSOR DE TEMPERATURA LM-35. Como su nombre lo indica son sensores analógicos de temperatura de alta precisión, cuya tensión de salida es linealmente proporcional a la temperatura en grados centígrados [ºC]. El sensor LM-35 que tiene una ventaja sobre los sensores de temperatura lineal calibrados en grados Kelvin [ºK] ya que el usuario no está obligado a sustraer una gran tensión constante de su producción para obtener una escala centígrada conveniente. 42 Este sensor no requiere ninguna calibración externa o ajuste para proporcionar una precisión de ± 4.1 [°C] a temperatura ambiente y de +/- ¾ [ºC] en un rango de temperatura total de -55 a +150 ºC. Su presentación más común se puede observar en la Figura 17 a continuación: Figura 17. Sensor de Temperatura LM-35 (http://www.instructables.com/id/Waterproof-a-LM35-Temperature-Sensor/) En el ANEXO 1 se encuentra adjunta la hoja técnica de este sensor pero vale nombrar sus características principales: Están calibrados directamente en grados centígrados [ºC], tienen una variación lineal de 10 [mV/ºC], su alimentación es a través de una fuente DC simple, tiene una exactitud garantizada de 0.5 [ºC] y está calificado para operar en un rango de -55 a 150ºC. También se lo puede usar en aplicaciones remotas, es de bajo costo, opera desde 4 a 30 voltios VDC, su corriente de drenaje es de menos de 0.9 [μA] y tiene una baja impedancia de salida, 0.1 [W] por 1 [mA], etc. 3.3.2. AMPLIFICADOR OPERACIONAL LM-358. El amplificador LM-358 cuya arquitectura interna se ilustra en la Figura 18, consiste en dos amplificadores operacionales independientes, de alta ganancia, con su frecuencia compensada internamente que fueron 43 diseñados expresamente para funcionar desde una única fuente de energía y sobre una amplia gama de voltajes. Figura 18. Arquitectura interna del LM-358. (http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/nationalsemiconductor/DS007787.PDF) Sus características en general se pueden observar en la hoja técnica adjunta en el ANEXO 2 pero vale la pena nombrar las ventajas que ofrece: cuenta con dos amplificadores operacionales compensados interiormente, necesita una fuente simple para su funcionamiento, permite el sensado directo cerca de Gnd, es compatible con todas las formas de la lógica, etc. 3.3.3. SENSOR DE HUMEDAD RELATIVA HS-1100/1. Basados en una única célula capacitiva, estos sensores de humedad relativa están diseñados para manejar volúmenes altos y aplicaciones de bajo costo como: automatización de oficinas, control de aire en la cabina del automóvil, y sistemas de control de procesos industriales; también son útiles en todas las aplicaciones donde se necesita compensación de humedad. Basa su funcionamiento en el cambio que sufre la capacidad de un condensador al variar la constante dieléctrica del mismo; su presentación más común se puede observar en la Figura 19. 44 Figura 19. Sensor de humedad HS-1100/1. (Datasheet sensor HS1100/HS1101) Adicional a esto hay que indicar que la hoja de datos de este sensor se encuentra adjunta en el ANEXO 3, pero sus principales características son: su intercambiabilidad total, es decir, que en condiciones normales no necesita calibración, y su capacidad de desaturación instantánea después de largos períodos en fase de saturación. Es compatible con el proceso de montajes automatizados, posee una alta fiabilidad y un largo tiempo de estabilidad, es apropiado para circuitos lineales y de impulsos y su tiempo de respuesta es rápido. En la Figura 20 se muestra la típica curva de respuesta de la capacitancia en función de la humedad relativa de este sensor: Figura 20. Curva de respuesta: Capacitancia vs Humedad relativa. (Hoja Técnica del sensor HS1100/HS1101) 45 Mientras que la Tabla 12 muestra sus especificaciones generales más importantes: Tabla 12. Especificaciones Generales del sensor HS-1100/01. Parámetro Valor Unidades Temperatura de trabajo -40 a 100º ºC Temperatura de almacenamiento -40 a 125º ºC Tensión de alimentación 10 V Rango de humedad 0 a 100 %RH 3.3.4. ACTUADORES. Una actuador es un dispositivo mecánico cuya función es proporcionar fuerza para mover o actuar a otro dispositivo; esta fuerza puede provenir de fuentes posibles: presión neumática, presión hidráulica o fuerza motriz electromotriz. Los actuadores más usuales son: cilindros y motores neumáticos e hidráulicos, motores eléctricos, bombas, compresores, ventiladores, válvulas, etc. Y se suelen usar con frecuencia para manejar sistemas mecatrónicos. Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos cuando se necesita posicionamiento. Sin embargo, los hidráulicos requieren mucho equipo para suministro de energía, así como de mantenimiento periódico. Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento, por este motivo, para el diseño mecánico del prototipo de invernadero planteado en el presente trabajo, se escogieron actuadores eléctricos. En la Tabla 13 se puede diferenciar las características de los diferentes tipos de actuadores. 46 Tabla 13. Tipos de actuadores y sus características. Actuador Neumático Fuerza Generadora de Movimiento Elemento Motriz Presión de aire Actuador Eléctrico Actuador Hidráulico Energía eléctrica Presión hidráulica Émbolo, Pistón o Veleta Motor Eléctrico Émbolo, Pistón o Veleta Transmisión de Fuerza Eje o Cremallera Reductor Eje Conversión mecánica Yugo o Piñón - No hay - Yugo o Piñón (http://www.aie.cl/files/file/comites/ca/abc/actuadores.pdf) 3.3.4.1. Motores Eléctricos. Son máquinas eléctricas que transforman la energía eléctrica que absorben por sus bornes o polos en energía mecánica. Los motores eléctricos tanto AC como DC tienen el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético. En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de combustión como por ejemplo: Se pueden construir de cualquier tamaño. A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos. Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante. 47 Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 75%, aumentando el mismo a medida que se incrementa la potencia de la máquina). Este tipo de motores no emite contaminantes, aunque en la generación de energía eléctrica de la mayoría de las redes de suministro si emiten contaminantes. Hay que señalar que en la construcción del prototipo se va a usar dos “motores asíncronos de corriente alterna con bobinado auxiliar de arranque” que además cuentan con una caja reductora que nos proporciona la fuerza necesaria para abrir y cerrar la ventilación cenital y lateral. Estos motores están conformados por 2 circuito eléctricos y un magnético que está compuesto a su vez por un estator y un rotor como se puede observar en la Figura 21. Figura 21. Partes básicas de un motor monofásico con bobina auxiliar. (www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448173104.pdf) En el estator se coloca el bobinado inductor y el rotor incorpora el bobinado inducido que en la mayoría de casos suele ser del tipo “Jaula de ardilla”. Si intentamos arrancar este tipo de motor solamente conectando el bobinado principal, este es incapaz de girar hasta que iniciemos el giro de forma manual; una vez impulsado se mantendrá girando. Es por esto que se hace 48 necesario dotar de un tipo de arranque en esta variedad de motores; una forma de hacerlo (que es la que vamos a usar) es incorporar un bobinado auxiliar de arranque, la cual se conecta permanentemente al estator. En los motores actuales, las bobinas de arranque se conectan con la red de alimentación a través de un condensador en serie que, a igual frecuencia que la red y a la velocidad nominal del motor, produce un desfase tal entre los devanados de arranque y servicio, que se hace innecesario desconectarlas. El prototipo cuenta con dos motores que se usarán en la ventilación lateral y cenital cuyas características técnicas se describen en la Tabla 14. Tabla 14. Detalles Técnicos de los Motorreductores. Tipo de Ventilación V. Cenital V. Lateral Marca del Motor Modelo Potencia (W) Voltaje (V) Frecuencia (Hz) Oriental Motors Bodine Electric Company 21K6GK-A NCI-12RH 6 14,9 100/110 115 50/60 60 La apertura y cierre de ventanas en la ventilación del prototipo necesita de un motor que trabaje en forma continua, que proporcione una potencia razonable para lograr moverlas y que no gire a una excesiva velocidad; es por esto que se busco opciones en el mercado y este tipo de motor es el que más cubría estos aspectos. La única desventaja que se tuvo es el costo del mismo. Hay que señalar también que para invertir el sentido de giro de este tipo de motores se debe invertir las conexiones de los extremos de uno de los bobinados en la placa de bornes. Debido a que las salidas del módulo lógico usado en el diseño del prototipo son limitadas para cumplir este propósito, se hizo necesario buscar otro medio. La solución más recomendable es usar el bloque de expansión del módulo lógico pero por cuestiones de economía y con el fin de usar otros 49 dispositivos electrónicos, se eligió construir una placa electrónica adicional gobernada por un microcontrolador cuya descripción se dará más adelante. 3.3.4.2. Calefactor Eléctrico. El presente trabajo contempla la posibilidad del uso de sistemas de calefacción en períodos fríos, sin embargo, no se tomo en cuenta el uso de los mismos debido a que esto conlleva un diseño meticuloso del mismo por lo que solo se dará una explicación sencilla de su funcionamiento. Un calefactor eléctrico es un dispositivo que produce energía calorífica a partir de energía eléctrica, produciéndose el llamado efecto Joule, el que dice que cuando se aplica un campo eléctrico a un conductor, las cargas libres (electrones) experimentan unas fuerzas (se aceleran) que serán suficientes para poder arrancar dichas cargas de sus átomos hasta que chocan con iones fijos de la red cristalina del conductor. En estos choques las cargas ceden su energía cinética a los iones disipándose dicha energía en forma de calor. 3.3.4.3. Electroválvula. Una electroválvula es una válvula electromecánica, diseñada para controlar el flujo de un fluido a través de un conducto como puede ser una tubería. La válvula está controlada por una corriente a través de una bobina solenoidal y posee dos partes fundamentales: el solenoide y la válvula. El solenoide convierte energía eléctrica en energía mecánica para actuar la válvula. Hay varios tipos de electroválvulas y para distintos fluidos, pero su funcionamiento es igual al que se observa en la Figura 22, es decir, la electroválvula permanece cerrada ante la ausencia de fluido eléctrico (parte 50 superior de la figura) pero al aplicarlo esta se abre dejando asá pasar al flujo contenido (parte inferior de la figura). Figura 22. Funcionamiento de una electroválvula. (http://www.esacademic.com/dic.nsf/eswiki/422193) En el sistema de riego localizado por goteo se usará una electroválvula simple, comúnmente usada en las lavadoras domésticas que se conectará en su entrada una manguera que proveerá el agua de riego y en su salida irá conectada otra manguera a la cual se conectarán los laterales de goteo y los microaspersores dependiendo el tipo de riego. 3.4. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS. En nuestro país, no existe una normativa vigente para la construcción de invernaderos y la cantidad de materiales que se emplean; sin embargo, el presente prototipo seguirá las recomendaciones dadas por parte de: el Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca (MAGAP), la 51 Cámara de la Pequeña y Media Empresa de Pichincha (CAPEIPI), y de los propios trabajadores de las florícolas visitadas. El prototipo busca emular un invernadero de flores real de tipo túnel o semicilíndrico; en el CAPITULO 2 se dijo que suele ser construido estructuralmente por metal o una combinación con madera a manera de estructura mixta, concepto que se corroboró durante visitas de campo realizadas. En la Tabla 15 se describe las propiedades físicas de algunos materiales metálicos, las que nos darán una clara idea del material que conviene usar: Tabla 15. Propiedades Físicas de materiales utilizados para la industria. Material Calor Específ ico [Btu/°F] Conductividad Térmica Resistencia a la deformación [ksi] Módulo de elasticidad [millones psi] Aluminio 1.60– H15 0.098 1.580 15 10.0 Hierro 0.123 460 40 29.7 Acero blando 0.117 310 30 29.0 Acero de Instrumentos 0.117 300 80-120 29.0 Acero 18-8 SS 0.120 113 80 28.0 (Krusen, 1990, pág. 740) En la Tabla 15 se puede observar que tres tipos de aceros presentan ventajas con respecto a los demás materiales como por ejemplo: conductividad térmica, módulo de elasticidad, y la más importante para la estructura que es la resitencia a la deformación. Las empresas del mercado nacional usan el acero en tuberías a la que se le ha aplicado un tratamiento de galvanización, para lograr la estructura de sus invernaderos metálicos; estas empresas ofrecen distintos tipos de tubería sin encontrar problemas para construcciones a gran escala, pero si lo que se 52 desea es construir aplicaciones más pequeñas, presenta ciertos inconvenientes por lo que se hace necesario buscar un tipo de tubo o material estructural que se ajuste a nuestras necesidades, es decir: Que sus diámetros y longitudes se ajusten a la escala a la cual se va a construir la estructura del invernadero. Que no sea pesado. Que se pueda cortar, doblar y perforar con facilidad. Que a este se puedan soldar otros materiales. Que su precio sea económico. Resistencia a la corrosión. Buscando opciones, se encontró un tipo de tubo de la línea FUJI de marca CONDUIT para conducción de cables eléctricos, que si bien no será usado para este propósito, se ajusta a nuestras necesidades. 3.5. CARACTERÍSTICAS INFORMÁTICAS Y DE CONTROL. El diseño del sistema de control comprende la elección del modelo de PLC, el software de programación y la realización de la programación misma de la lógica del programa. Para la elección correcta del PLC se debe considerar los siguientes aspectos: Número de sensores que se usará y el tipo de señal que entregarán (estas serán las entradas del PLC). Número de actuadores que se usará (estos serán las salidas del PLC). Tipo de Salida del PLC. Reloj Interno. Alimentación y tensión del PLC. 53 Software compatible para su programación. En la Tabla 16 se ha comparado las características de tres tipos de PLC para determinar cual se acopla más a los requerimientos del prototipo: Tabla 16. Tabla comparativa de características del PLC. PLC Siemens Logo! 12/24 RC Teco sg212HR-D Siemens S7-200 cpu 222 Unitronics M90-ta2-can Entradas 8 digitales* 8 digitales* 8 digitales* 10 dig. Y 2 analógicas Salidas 4 tipo relé 4 tipo relé 6 tipo relé 8 tipo transistor Tipo Programación Ladder, FBD Ladder Ladder Ladder Reloj interno, display Reloj interno, display Reloj interno, display HMI Extras De acuerdo a la Tabla 16, y en base a los requerimientos del proyecto de investigación las mejores opciones son: el PLC Teco sg2-12HR-D y el módulo lógico Siemens Logo!12/24RC ya que poseen iguales características pero se optó por el uso del segundo debido a que la marca SIEMENS es reconocida a nivel mundial por lo que nos brinda las garantías necesarias para su uso, y su línea LOGO! fue diseñada para aplicaciones de carácter doméstico, construcción de máquinas, controles en invernaderos, etc. Además este módulo dispone un número de entradas y salidas acorde a las necesidades de este prototipo y en caso de necesitar un número mayor se las puede aumentar a través del Módulo de Ampliación respectivo. Finalmente su manejo se facilita debido a que ha sido utilizado durante el transcurso de la vida universitaria y su disponibilidad en el mercado es mayor, y su costo es bajo. 54 3.5.1. MÓDULO LÓGICO LOGO!12/24 RC. Este módulo perteneciente a la línea “Logo!” de la marca Siemens, ha sido diseñado específicamente para realizar tareas de instalación y del ámbito doméstico como por ejemplo: el alumbrado de escaleras, luz exterior, toldos, persianas, alumbrado de escaparates, etc. También es usado para construcción de armarios eléctricos, controles de puertas, instalaciones de ventilación, bombas de agua no potable, etc. Puede utilizarse incluso para controles especiales en invernaderos y para el pre-procesamiento de señales en controles y, mediante la conexión de un módulo de comunicaciones para el control descentralizado de máquinas y procesos. Lleva integrado: unidad de control, unidad de mando y visualización con retro-iluminación, fuente de alimentación, interfaz para módulos de ampliación, interfaz para módulo de programación (Card) y cable para PC. Además posee funciones básicas habituales pre-programadas, temporizador, marcas digitales y analógicas, entradas y salidas en función del modelo (por ejemplo: controles de puertas, instalaciones de ventilación, bombas de agua no potable, etc.). La nomenclatura del modelo elegido (Logo! 12/24 Rc) el cual se muestra en la Figura 23, tiene el siguiente significado: 12: versión de 12V 24: versión de 24V R: salidas de relé (sin R: salidas de transistor) C: temporizador semanal integrado 55 Figura 23. Módulo Lógico Siemens Logo! 12/24 RC. (http://www.sudel.com.uy/sitioWeb/productos_detalle/836) De acuerdo a lo anterior el Logo! 12/24 RC es un módulo lógico que trabaja a 12 o 24 voltios DC, tiene un bloque de 8 entradas digitales de las cuales 2 pueden ser usadas como analógicas, tiene su bloque de 4 salidas de tipo relé de 10 amperios además de un temporizar semanal interno y pantalla. Así mismo hay que destacar que este módulo lógico usa un software específico llamado software LogoSoft Comfort el cual maneja 2 tipos de lenguaje: el lenguaje Ladder (KOP) y el lenguaje FBD (FUP) para su programación. En el ANEXO 4 se pueden observar características y funciones adicionales de este módulo lógico. 56 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. 57 Este capítulo hace referencia al desarrollo del producto mecatrónico en el cual se realiza el diseño y construcción de cada una de las partes mecánicas, y los circuitos electrónicos y de control. Además son creados los programas de control del módulo lógico y del microcontrolador y se explica su funcionamiento para finalmente mostrar los resultados obtenidos. 4.1. DISEÑO SIMULTÁNEO DE COMPONENTES MECATRÓNICOS DEL PROYECTO. Esta parte comprende el diseño mecánico de cada una de las partes con las que cuenta el prototipo, el diseño de los circuitos de control y la programación tanto del microcontrolador como del módulo lógico. 4.1.1. DISEÑO MECÁNICO DEL PROYECTO. El prototipo que se busca desarrollar es un “Invernadero Semicilíndrico o tipo Túnel” de los más utilizados en el Ecuador para el cultivo de flores, está construido con una escala 6:1, lo cual nos permite demostrar las ventajas de la automatización. El modelado CAD9 del mismo se realizo en el programa SolidWorks 2010. Para lograr una mejor comprensión de cómo está conformado el prototipo, se ha dividido al diseño mecánico en tres partes: el diseño de la estructura base, el diseño del sistema de ventilación cenital y el diseño del sistema de ventilación lateral. 9 CAD: Diseño asistido por computadora o computer aided design por sus siglas en inglés. (Mott, R. (2006). Diseño de Elementos de máquinas (Cuarta ed.). Mexico, Pearson Education) 58 La primera parte del diseño mecánico corresponde al diseño de la “Estructura Base”, la cual ha sido diseñada para servir de soporte para los mecanismos de ventilación y el material de cobertura; se puede decir que es el esqueleto estructural del prototipo y está compuesta por 6 partes diferentes cuyo diseño se explica a continuación: 4.1.1.1. Bases para pilares verticales. Están construidas con tubo de acero galvanizado de ¾’ de diámetro y una platina metálica de 4 [mm] de espesor, partes que fueron soldadas para en conjunto darle su diseño particular que se observa en la Figura 24. Figura 24. Base para pilares verticales en el programa SolidWorks. Como su nombre lo indica, estas bases han sido diseñadas con la finalidad de mantener fijos y rectos a los pilares verticales del prototipo, y se han construido 4 bases de este tipo correspondientes al número de pilares verticales que dispone la estructura base del prototipo. En el tubo se 59 practicaron los agujeros respectivos para su sujeción con los pilares verticales a través de un perno y una tuerca de acero de 1’’ de largo y ¼’’ de diámetro, mientras que en la parte de la platina se practicaron los agujeros para la sujeción a través de tornillos a la tabla base de madera triplex que tiene un espesor de 9 [mm]. En el ANEXO 5 se puede visualizar los planos acotados en detalle de esta pieza. 4.1.1.2. Pilares verticales. Como se dijo se han construido 4 pilares verticales empleando tubo galvanizado de ½’’ de diámetro; en cada uno de sus extremos se practicarán agujeros para su sujeción con otras piezas a través de un perno y tuerca de 1’’ de largo y ¼’’ de diámetro como se ilustra en la Figura 25. Figura 25. Pilar vertical en el programa SolidWorks. Estos pilares se sujetarán en su parte inferior a las “bases para pilares verticales” y en la parte superior estarán unidas las “uniones tipo T” y las “uniones tipo cruz”. En el ANEXO 6 se puede visualizar esta pieza acotada en detalle. 60 4.1.1.3. Unión Tipo “T”. Se han construido 3 uniones de este tipo empleando tubos de acero galvanizado de ¾’’, los cuales han sido trabajados para darle su forma particular. Este tipo de unión fue diseñada para cumplir el propósito de ser una pieza de unión en 4 puntos de la estructura base. Su diseño particular se puede observar en la Figura 26. Figura 26. Unión tipo “T” en el programa SolidWorks. Una unión tipo “T” va unida, en su parte inferior: al pilar vertical, en su parte superior: a un extremo del arco principal, en uno de sus costados: al tubo frontal horizontal y finalmente en el otro costado al tubo lateral horizontal. En estas piezas se han practicado agujeros por los cuales se atravesará un perno y una tuerca de 1’’ de largo y ¼’’ de diámetro, para unir todas las partes descritas anteriormente. El detalle de este tipo de unión se lo puede observar en el ANEXO 7. 61 4.1.1.4. Tubo horizontal. Se han construido: un frontal, un trasero y 3 laterales. La diferencia entre ellos es su longitud: el frontal y el trasero tendrán una longitud de 1 [m], mientras que los laterales tendrán una longitud de 50 [cm]. Están construidos con tubo de acero galvanizado de ½’’ de diámetro, y en cada uno de sus extremos se practicarán agujeros para su sujeción con otras piezas a través de un perno y tuerca de 1’’ de largo y ¼’’ de diámetro. El diseño base de esta pieza se puede observar en la Figura 27 mientras que sus planos acotados se pueden observar en el ANEXO 8. Figura 27. Tubo horizontal en el programa SolidWorks. 4.1.1.5. Unión Tipo “Cruz”. Se han construido 3 uniones de este tipo empleando tubos de acero galvanizado de ¾’’ los cuales han sido soldados para darle su forma particular. Este tipo de unión ha sido diseñada con la misma finalidad que la unión tipo “T”, es decir, de ser una pieza de unión en 4 puntos de la estructura base en un caso, y en otro caso unir el mecanismo de ventilación lateral y el tubo horizontal lateral. 62 En estas piezas, cuyo diseño se puede observar en la Figura 28, se practicarán los agujeros respectivos a través de los cuales se atravesarán pernos y tuercas de 1’’ de largo y ¼’’ de diámetro, con el fin de unir todas las partes descritas anteriormente. El detalle de este tipo de unión se lo puede observar en el ANEXO 9. Figura 28. Unión “tipo cruz” en el programa SolidWorks. 4.1.1.6. Arco principal. Se han construido 3 arcos principales empleando tubo de acero galvanizado de ½’’, el cual ha sido doblado y cortado para lograr su diseño particular. Para el proceso de doblado, se tomó el tubo de 1.50 [m] y se lo dividió en secciones dibujando en él 2 puntos a 20 [cm] de distancia de los extremos hacia el centro, y a partir de estos puntos se dibujaron otros puntos a 10 [cm] uno a continuación de otro; una vez realizado esto, se procedió a doblar cada sección de tubo con una dobladora de tubos, las secciones de 20 [cm] se doblaron a 55º mientras que las secciones intermedias de 10 [cm] se doblaron a 10º. 63 Además de lo anterior, en 2 arcos se han realizado agujeros a 2.5 [cm] de distancia de cada uno de sus extremos con la finalidad de unirlos con las “uniones tipo T”, a través, de una tuerca y perno de 1’’ de largo y ¼’’ de diámetro. En el otro arco se realizó el mismo procedimiento pero con la finalidad de unirlos con la unión tipo cruz. Finalmente a 2 arcos se les realizó 2 agujeros adicionales: uno sujetará la pieza denominada: “unión para arcos” a través de una tuerca y perno de 1 ½’’ de largo y ¼’’ de diámetro y el otro sujetará el “Soporte eje principal”. En la Figura 29 se puede observar el diseño particular de esta pieza mientras que en el ANEXO 10 se la puede visualizar acotada en detalle. Figura 29. “Arco principal” en el programa SolidWorks. La segunda parte del diseño mecánico corresponde al diseño del “Sistema De Ventilación Cenital”, este permite abrir y cerrar una ventana practicada en el techo del invernadero llamada cenital, a través, de un mecanismo de piñón y cremallera, el cual se lo diseño y construyó con materiales plásticos usados en ingeniería en este caso, el material elegido para este sistema es el nylon 6A también llamado Poliamida 6. Se decidió usar este material ya que los engranes de plástico presentan algunas ventajas respecto a los aceros y otros metales como por ejemplo: tienen menor peso e inercia, 64 tienen un funcionamiento más silencioso y la posibilidad de trabajar con poca o ninguna lubricación, y tienen poca fricción de deslizamiento que da como resultado un engranado eficiente. Además tienen la capacidad de trabajar bien en condiciones de choques, vibración e impactos moderados, y poseen resistencia química y la capacidad de funcionar en ambientes corrosivos. La única desventaja de usar este material en este prototipo es el alto costo de fabricar engranes en pequeñas cantidades. A continuación se describe el procedimiento a seguir para el diseño de engranes de plástico en el prototipo: 1. Determinar la potencia requerida (P), expresada en [Hp], a transmitir, y la velocidad de giro (np) del piñón en (rpm). 𝑷 = 1 50 𝐻𝑝 𝒏𝒑 = 20 𝑟𝑝𝑚 2. Especificar el número de dientes (N), y proponga un paso diametral tentativo para el piñón. 𝑵 = 23 𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑷𝒅 = 12 𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑝𝑢𝑙𝑔 3. Calcular el diámetro del piñón con la siguiente ecuación: 𝑫𝒑 = 𝑵𝒑 𝑷𝒅 𝑫𝒑 = 23 𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 [1] 12 𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑝𝑢𝑙𝑔 𝑫𝒑 = 1.92 𝑝𝑢𝑙𝑔 = 48.8 𝑚𝑚 65 4. Calcular la carga transmitida (Wt) expresada en [lb] con la siguiente ecuación: 𝑾𝒕 = 𝑾𝒕 = 𝟏𝟐𝟔𝟎𝟎𝟎 𝑷 [2] 𝒏𝒑 𝑫𝒑 126000 𝑥 1 50 𝐻𝑝 20 𝑟𝑝𝑚 𝑥 1.92 𝑝𝑢𝑙𝑔 𝑾𝒕 = 65.625 𝑙𝑏 5. Especificar la forma del diente, y determine el factor de forma de Lewis (Y). Debido a que se tiene un número de dientes propuesto igual a 23: Forma del diente: 20º y profundidad completa. Factor de Lewis: 𝑌 ≅ 0.56 6. Especificar un factor de seguridad (SF). Este valor debido a que se tiene una fuente de potencia uniforme (motor eléctrico) y la máquina impulsada puede ser considerada como de choque moderado tiene un valor igual a: 𝑺𝑭 = 2 7. Especificar el material que se usará, y determinar el esfuerzo admisible (Sut). Debido a que se usará nylon sin carga tiene un valor de: 𝑺𝒖𝒕 = 6000 𝑝𝑠𝑖 66 8. Calcular el ancho de cara (F). 𝑭= 𝑭= 𝑾𝒕 ∗𝑷𝒅 ∗𝑺𝑭 𝑺𝒖𝒕 ∗𝒀 [3] 65.625 𝑙𝑏 ∗ 12 𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑝𝑢𝑙𝑔 ∗ 1.5 6000 𝑙𝑏 𝑝𝑢𝑙𝑔2 ∗ 0.56 𝑭 = 0.35 𝑝𝑢𝑙𝑔 = 8.89 𝑚𝑚 ** **Este valor se lo va a cambiar a 20 [mm] para facilitar la construcción, mejorar estética y reducir costos de maquinado. Este cambio no afecta la eficiencia del sistema y en caso de que aumente la carga que debe impulsar el sistema piñón-cremallera, no se haría necesario un re-diseño. 9. Cálculo del Addendum10 (a). 𝒂 = 𝟏 𝑷𝒅 𝒂 = 1 12 𝒂 = 0.08 𝑝𝑢𝑙𝑔 10. Cálculo del Diámetro exterior (Do). 𝑫𝒐 = 𝑫𝒑 + 𝟐𝒂 𝑫𝒐 = 1.92 𝑝𝑢𝑙𝑔 + 2 ∗ 0.08 𝑝𝑢𝑙𝑔 𝑫𝒐 = 2.08 𝑝𝑢𝑙𝑔 = 52.83 𝑚𝑚 . 10 Addendum: es la distancia radial desde el círculo de paso hasta el exterior del diente. (Mott, R. (2006). Diseño de Elementos de máquinas (Cuarta ed.). Mexico, Pearson Education) 67 De acuerdo a los resultados obtenidos en el diseño de engranes plásticos, las dimensiones del engranaje se justifican por las siguientes razones: Funcionalidad: el tamaño calculado no se acoplaba al eje y mucho menos al resto de piezas del prototipo. Estética: si se incorporaba engranes pequeños, el diseño cambiaba y un re-diseño de todas las piezas era casi obligatorio sin que esto garantice su funcionalidad. Economía: la fabricación de engranes sumamente pequeños supone piezas maquinadas con mucho cuidado para lograr detalles mínimos además que el re-diseño de todo el prototipo supone tiempo y dinero. El diseño final del piñón se puede observar en la Figura 30, mientras que en el ANEXO 11 esta pieza se encuentra acotada detalladamente. Figura 30. Piñón modelado en el programa SolidWorks. Finalmente hay que indicar que la cremallera mostrada en la Figura 31, está construida con las mismas características mecánicas con las que se diseño el piñón; en el ANEXO 12 se puede observar esta pieza acotada en detalle. 68 Figura 31. Cremallera modelada en el programa SolidWorks. Como se dijo, el sistema de ventilación cenital cuenta con 8 partes adicionales que permitirán, en conjunto con el mecanismo de piñóncremallera, realizar la apertura o cierre de la ventana cenital en el rango de temperatura y humedad que corresponde. La descripción de estas partes se muestra a continuación: 4.1.1.7. Arco cenital. Se han construido 3 arcos cenitales con tubo galvanizado de ½’’ como se muestra en la Figura 32, los cuales han sido cortados y doblados con el mismo procedimiento que los arcos principales, es decir, se dividió el tubo de 75 [cm] en 7 secciones de 10 [cm] y una de 5 [cm] que se doblaron a 10º respecto a la horizontal con la ayuda de una dobladora de tubos. Figura 32. “Arco cenital” en el programa SolidWorks. 69 Estos arcos se unen en un extremo a los arcos principales a través de la pieza denominada “unión para arcos” y en el otro extremo a través de la “unión de cenitales”; todo esto a través de un perno y tuerca de 1½’’ de largo y ¼’’ de diámetro para cada unión. En el ANEXO 13 se puede visualizar esta pieza acotada en detalle en los planos respectivos. 4.1.1.8. Unión para arcos. Su propósito es unir el “Arco principal” con el “Arco cenital”, a través de 2 componentes similares como se muestra en la Figura 33. Figura 33. Componentes de la “unión para arcos”. Cada uno de estos componentes está construido con tubo de acero galvanizado de ¾’’ de diámetro y una platina metálica de 4[mm] de espesor que fueron soldadas para darle su diseño particular. Se ha practicado agujeros en estas piezas para cumplir el propósito de unir los dos tipos de arcos a través de una tuerca y perno de 1½’’ de largo y ¼’’ de diámetro. La unión de estos componentes forma una pieza única, la cual se muestra en la Figura 34, mientras que en el ANEXO 14 se puede ver los planos acotados de esta pieza con sus componentes. 70 Figura 34. “Unión para arcos” en el programa SolidWorks. 4.1.1.9. Unión de cenitales. Como su nombre lo indica, unirá los 3 arcos cenitales mediante soldadura tal como se muestra en la Figura 35. Su diseño es similar al del “tubo horizontal” pero su largo varía a 1.5 [m]. En el ANEXO 15 se puede ver los planos acotados de esta pieza. Figura 35. “Unión de cenitales” en el programa SolidWorks. 71 4.1.1.10. Soporte Eje Principal. Este componente, el cual se muestra en la Figura 36, tiene como fin servir de soporte y permitir el giro del eje principal; está construido con platinas de 4[mm] de espesor a las cuales se les ha dado una forma específica para que en su extremo se sujete al “Arco principal” a través de un medio cilindro atravesado por tuerca y perno de 1½’’ de largo y ¼’’ de diámetro. Adicional a esto se soldará un rodamiento 6000-2RS por el cual atravesará el eje principal. En el ANEXO 16 se puede ver los planos acotados de esta pieza. Figura 36. “Soporte Eje Principal” en el programa SolidWorks. 4.1.1.11. Soporte Cremallera. Este soporte está construido con platinas de 4 [mm] de espesor, a la cuales se les ha dado una forma específica para que sean un punto de soporte de la cremallera; esta pieza está constituida por un rodamiento 6001-2RS que se soldó en su cara interna; dicho rodamiento se encuentra atravesado por un eje de 4 [cm] de longitud que a su vez atraviesa la cremallera. Esta pieza además se la fijó en el arco cenital a través de un par de tuercas y pernos de 1½’’ de largo y ¼’’ de diámetro. 72 En la Figura 37 se muestra el diseño de este componente mecánico mientras que en el ANEXO 17 se puede ver sus planos acotados en detalle. Figura 37. “Soporte Cremallera” en el programa SolidWorks. 4.1.1.12. Base para motor cenital. Está construida usando el metal comúnmente llamado “Tol”, al cual se lo ha trabajado para darle su diseño particular, el cual se puede observar en la Figura 38. Figura 38. “Base para motor cenital” en el programa SolidWorks. 73 Esta base se encuentra soldada al “Tubo horizontal Frontal” y el propósito por el cual se la diseño es: fijar el motor cenital en una posición adecuada para la transmisión del movimiento (mecanismo piñón-cremallera). El detalle de esta pieza se ilustra de mejor manera en el ANEXO 18. 4.1.1.13. Acople “motor-eje”. Se diseño este tipo de unión debido a que el tipo de mecanismo que se va a emplear no presenta valores de esfuerzo altos; su propósito es transmitir el movimiento del eje del motor cenital al “Eje principal” y está maquinada en base al mismo material que los engranes y cremalleras, es decir nylon. En la Figura 40 se ha modelado este acople mientras que en el ANEXO 19 se puede ver los planos acotados del mismo. Figura 39. Acople “motor-eje” en el programa SolidWorks. Finalmente, hay que señalar que el “Eje principal” al que se hace mención previamente, es un eje de Acero-Plata de 2 [m] de longitud al cual se lo 74 rectifico de 12 a 10 [mm] de diámetro para que sea compatible con los rodamientos que se usan. El cálculo de los valores de esfuerzo a los que va a estar sometido este eje se muestra a continuación: El motorreductor cuenta con las siguientes especificaciones: 𝑷 = 1 50 𝐻𝑃 = 15 𝑊 = 15[(𝑁𝑚) 𝑠] 𝒏 = 20 𝑟𝑝𝑚 = 2.09 𝑟𝑎𝑑 𝑠 Donde: P: Potencia nominal del motor. n: Velocidad de giro del motor. Mientras que el eje tiene las siguientes características: 𝑫 = 10 𝑚𝑚 𝒄 = 5 𝑚𝑚 Donde: D: Diámetro de la superficie externa del eje. c: Radio de la superficie externa del eje. 1. Cálculo del par de torsión (T) sobre el eje. 𝑻=𝑷 𝒏 𝑻 = 15 𝑁 ∗ 𝑚 𝑠 [4] 2.09 𝑟𝑎𝑑 𝑠 𝑻 = 7.18 𝑁 ∗ 𝑚 = 7180 𝑁 ∗ 𝑚𝑚 75 2. Cálculo del momento polar de inercia (J) para un eje circular. 𝑱 = 𝝅𝑫𝟒 / 𝟑𝟐 [5] 𝑱 = 𝜋 ∗ 10 𝑚𝑚 4 / 32 𝑱 = 981.75 𝑚𝑚4 3. Cálculo del módulo de sección polar (Zp). 𝒁𝒑 = 𝑱 𝒄 [6] 𝒁𝒑 = 981.75 𝑚𝑚4 5 𝑚𝑚 𝒁𝒑 = 196.35 𝑚𝑚3 4. Cálculo del esfuerzo cortante torsional máximo (Ƭ). Ƭ𝒎𝒂𝒙 = 𝑻 𝒁𝒑 [7] Ƭ𝒎𝒂𝒙 = 7180 𝑁 ∗ 𝑚𝑚 196.35 𝑚𝑚3 Ƭ𝒎𝒂𝒙 = 36.57 𝑁 𝑚𝑚2 = 36.57 𝑀𝑃𝑎 * *Este valor nos indica que al aplicar un par de torsión de 7180 [N*mm] al eje principal, este puede soportar un esfuerzo cortante torsional máximo de 36.57 MPa antes de deformarse por torcimiento. 5. Determinación del esfuerzo permisible del material. Ƭ𝒑𝒆𝒓𝒎 = 𝟎. 𝟓 𝑺𝒚 𝑵 76 Donde: Sy: Esfuerzo de fluencia del material. N: Factor de Seguridad. Entonces: Ƭ𝒑𝒆𝒓𝒎 = 0.5 ∗ 303.8 𝑁 𝑚𝑚2 2 Ƭ𝒑𝒆𝒓𝒎 = 75.95 𝑁 𝑚𝑚2 * *Este valor nos indica el esfuerzo que soporta el material; al ser mayor que el esfuerzo cortante torsional máximo, se puede afirmar que el diseño del eje se lo hizo de manera correcta. La tercera parte del diseño mecánico corresponde al diseño del “Sistema De Ventilación Lateral”, el cual permite desplegar o contraer una cortina ubicada en un costado del invernadero, la cual permitirá o no el paso de aire. Esto se hace con el fin de controlar el exceso de temperatura o humedad relativa al interior del invernadero. Este sistema consta de: estructura lateral, base para motor lateral, motor para ventilación lateral y la cortina lateral. 4.1.1.14. Estructura Lateral. El diseño de la estructura lateral que se muestra en la Figura 41 se encuentra acotada en el ANEXO 20 y ha sido construida en metal a manera de marco para la cortina lateral, la cual a su vez es del mismo material de cobertura del invernadero. 77 Figura 40. Estructura lateral en el programa SolidWorks. 4.1.1.15. Base para Motor Lateral. La base para el motor lateral está construida usando el metal comúnmente llamado “Tol”, al cual se lo ha trabajado para darle la forma indicada en la Figura 42 y explicada en detalle en el ANEXO 21. Figura 41. Base para motor lateral en el programa SolidWorks. Esta base se encuentra soldada a un “Tubo horizontal lateral” y el propósito por el cual se la diseño es: fijar el motor lateral en una posición adecuada para la transmisión del movimiento (mecanismo de cadena y piñón). 78 El prototipo mecánicamente hablando llega a su diseño final al ensamblar: la estructura base, el sistema de ventilación cenital y el sistema de ventilación lateral. En la Figura 43 se puede observar la vista frontal de la estructura mecánica final en el programa PhotoView360 de SolidWorks. Las dimensiones finales de esta estructura se pueden observar en el ANEXO 22. Figura 42. Vista frontal de la “Estructura Mecánica Final”. 4.1.2. DISEÑO DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS. El prototipo desarrollado tiene como propósito lograr un microclima adecuado en el interior del invernadero; esto se hace midiendo tanto la temperatura como la humedad relativa a través de circuitos electrónicos que permitan medir y manipular estos parámetros. 79 Los circuitos a desarrollar son el circuito de sensado y amplificación de la temperatura y el circuito de sensado de humedad relativa; adicional a esto, se desarrolló también un circuito gobernado por un microcontrolador el cual permite el encendido de los actuadores. 4.1.2.1. Amplificación De Señales Del Sensor De Temperatura. Dado que las señales de salida del sensor de temperatura LM-35 como del sensor son demasiado bajas para ser leídas con exactitud por el módulo lógico es necesario diseñar un circuito que amplifique estas señales y las haga perceptibles para dicho módulo. El sensor de temperatura LM-35, este emite valores en su salida en el rango de 10 [mV/ºC] en temperaturas entre 55 a 150 [ºC] por lo que si bien es cierto el módulo lógico podría leer estas señales, estas serían muy bajas (alrededor de 2 voltios). Dicho esto, es conveniente amplificar la señal a un voltaje de trabajo en el rango de 0 a 10 voltios (rango de trabajo del módulo lógico) para lo cual se plantea usar un amplificador operacional de la misma familia que el sensor. Este es el amplificador LM-358 en su configuración de amplificador no inversor. 4.1.2.2. Diseño del Circuito de Sensado y Amplificación de Temperatura. Como se explicó en el capitulo anterior, el sensor de temperatura LM-35 expresa sus valores de salida en un rango de 10 [mV/ºC] por lo que se necesita amplificar esta señal a un rango entre 0 y 10 voltios para que pueda ser leído de mejor forma por el modulo lógico. Para lograr dicho rango, es necesario realizar un cálculo de los valores de ganancia deseada en un amplificador en su configuración como no inversor; la ecuación que nos permite lograr este propósito es la siguiente: 80 𝑽𝟎 /𝑽𝟏 = (𝑹𝟏 + 𝑹𝒇 )/𝑹𝟏 = 𝟏 + 𝑹𝒇 / 𝑹𝟏 [8] Donde: Vo: voltaje de salida. V 1 = V i: voltaje de entrada. R1, Rf: resistencias. Dado que lo que se quiere lograr son valores positivos en valores de voltios, se calculará el valor de las resistencias basándonos en valores comerciales estándar de las mismas, para una ganancia de 20. Estos cálculos se muestran a continuación: Sabemos que la ganancia se calcula con la siguiente fórmula: 𝑮 = 𝑽𝒐 𝑽𝒊 [9] Reemplazamos la variable de ganancia de la ecuación [8] en la ecuación [9]: 𝑮 = 𝟏 + 𝑹𝒇 𝑹𝟏 [10] Despejamos las variables de resistencia de la ecuación [10] y reemplazamos el valor de G=20: 20 − 1 = 𝑅𝑓 19 = 𝑅𝑓 𝑅1 𝑅1 81 Despejando Rf tenemos: 𝑅𝑓 = 19𝑅1 Si suponemos que R1 = 1 [kΩ], obtenemos: 𝑅𝑓 = 19 𝑘Ω Como 19 [kΩ] no es un valor estándar para resistencias se necesita tomar el valor más aproximado, por lo que tomaremos el valor de 20 [kΩ], y lo reemplazamos en la ecuación [4] obteniendo una ganancia que difiere de la buscada: 20 = 1 + (20[𝑘Ω]/1[𝑘Ω] ) 20 ≠ 21 Si se quisiera una ganancia exacta con valor igual a 20 se recomienda usar un potenciómetro de precisión calibrado en 19[kΩ]. En la Tabla 17 se hace un resumen de los valores de voltaje que nos entrega el sensor LM-35 para ciertas temperaturas y la amplificación de los mismos con los valores de ganancia calculados previamente. 82 Tabla 17. Voltajes amplificados en función de la ganancia. Temperatura [C] 0 5 10 15 20 30 50 Voltaje sensor [V] 0,0086 0,0512 0,1013 0,1514 0,2015 0,2517 0,5023 Voltaje amplificado G=20 0,2146 1,1113 2,1636 3,2159 4,2682 6,3728 10,5821 En la tabla anterior podemos observar que la amplificación con ganancia G=20 satisface la necesidad de tener valores de voltaje mayores a los que nos entrega la salida del sensor LM-35, adicional a esto, el rango de temperatura entre 0 y 50 ºC nos entrega valores entre 0 y 10 voltios aproximadamente, que es el rango de sensado de las entradas analógicas del módulo lógico. En la Figura 44 se muestra el diseño del circuito de sensado y amplificación de temperatura en el editor ISIS del programa Proteus v7.7 SP2 y se puede notar que usando los valores de resistencias calculados con la ganancia G=20 y a una temperatura de 20ºC, los valores de voltaje a la salida del sensor y del amplificador se ajustan a los datos obtenidos en la Tabla 18, por lo que el circuito se encuentra diseñado de manera correcta. Figura 43. Diseño definitivo del circuito de sensado y amplificación de temperatura en el editor ISIS del programa Proteus v7.7 SP2. 83 Adicionalmente, hay que indicar que este circuito se encuentra alimentado con 12 voltios Vdc que es el voltaje de trabajo que soportan los componentes electrónicos de este circuito. Para la construcción de la placa electrónica, se convirtió al circuito de la Figura 44 mediante el editor ARES del programa Proteus v7.7 SP2 a un nuevo circuito listo para ser grabado en baquelita normal el cual se muestra en la Figura 45. Figura 44. Diseño del circuito de sensado y amplificación de temperatura en el editor ARES del programa Proteus v7.7 SP2. En la Figura 45 hay que destacar que el componente denotado con U2 es el sensor de temperatura LM-35, la salida del mismo (Pin 2) se la ha conectado al amplificador operacional LM-358, el cual se lo ha configurado como seguidor de ganancia unitaria para disminuir el efecto de carga en el circuito. En los pines Vcc, Gnd y Out se colocará una bornera triple para facilitar la conexión exterior de las mismas; la lista de componentes de este circuito se resume en la Tabla 18 a continuación: 84 Tabla 18. Lista de elementos del Circuito de Sensado de Temperatura. Elemento R1 R4 LM-35 LM-358 4.1.2.3. Descripción Resistencia cerámica Resistencia cerámica Sensor de Temperatura Amplificador operacional Valor 1 [kΩ] 20[kΩ] Diseño del Circuito de sensado de Humedad Relativa. Este circuito se diseñó tal como lo muestra la Figura 46, y su objetivo es leer la señal de salida proveniente del sensor de humedad relativa HS-1100/1, y enviarla a una entrada analógica del módulo lógico para su lectura. Figura 45. Circuito generador de frecuencia variable del sensor HS-1101. En la Figura 46 se puede observar el diseño del circuito astable típico para el temporizador 555; el sensor HS-1101, usado como condensador variable, está conectado a TRIG (Pin 2) y THRES (Pin 6). El Pin 7 se utiliza como un pin de cortocircuito para la resistencia R4. El sensor HS-1101 se carga con R2 y R4 hasta llegar a la tensión umbral (0.67 Vdc) y se descarga con R2 solamente al nivel del disparador 85 (aproximadamente 0.33 Vdc) puesto que R4 en un atajo a tierra por el Pin 7. Para proveer un ciclo de trabajo cercano al 50%, el valor de R4 debe ser muy bajo comparado con R2; en la Tabla 19 se puede observar los valores de resistencias a usar dependiendo de la variedad del temporizador 555. Tabla 19. Resistencias a usar según la variedad de 555. Variedad TLC555 (Texas) TS555 (STM) 7555 (Harris) LMC555 (National) R1 909[kΩ] 100 [nF] (capacitor) 1732[kΩ] 1238[kΩ] R2 576[kΩ] 523[kΩ] 549[kΩ] 562[kΩ] (Hoja Técnica del Sensor HS-1100/01) En la Tabla 20 en cambio se puede observar la variación proporcional del voltaje en función de la humedad relativa y la frecuencia de salida del circuito usado con el temporizador 555. Tabla 20. Variación de la H.R. en función del Voltaje y Frecuencia de salida. H. Relativa [%] Voltaje de salida [V] Frecuencia de salida [Hz] 0 40 50 60 70 80 90 100 0 2.12 2.36 2.60 2.83 3.07 3.31 3.55 7351 6853 6728 6600 6468 6330 6186 6033 Hay que indicar que estos valores de voltaje fueron calculados aplicando una tensión de alimentación de 5 Vdc y usando la ecuación [11]: 𝑽𝒐𝒖𝒕 = 𝑽𝒄𝒄 ∗ 𝟎. 𝟎𝟎𝟒𝟕𝟒 ∗ %𝑯𝑹 + 𝟎. 𝟐𝟑𝟓𝟒 [11] 86 De igual manera, el circuito de la Figura 46 se lo convirtió mediante el editor ARES del programa Proteus v7.7 SP2 a un nuevo circuito listo para ser grabado en baquelita normal, el diseño obtenido se ilustra en la Figura 47. Figura 46. Diseño del circuito de sensado de humedad relativa en el editor ARES del programa Proteus v7.7 SP2. En la Figura 47, el componente central es el temporizador 555, a su costado y conectado al Pin 6 se encuentra el sensor de humedad HS-1101, a la salida de R3 se puede medir el valor que nos entrega este circuito y se ha denotado como el pin OUT; en los pines V+, Gnd y Out se colocará una bornera triple para facilitar la conexión exterior de las mismas. La lista de componentes de este circuito se resume en la Tabla 21. Tabla 21. Lista de elementos del circuito de sensado de humedad relativa. Elemento Descripción Valor R1 R2 R3 R4 555 HS-1101 Resistencia cerámica Resistencia cerámica Resistencia cerámica Resistencia cerámica Temporizador Sensor de H. Relativa 910[kΩ] 510[kΩ] 1[kΩ] 51[kΩ] 87 4.1.2.4. Diseño del Circuito de expansión de salidas. Debido al limitante del número de salidas que posee el módulo lógico se hizo necesario el diseño de un circuito electrónico extra. Para facilitar el diseño de este circuito, se decidió dividirlo en tres partes: la primera parte es el diseño del circuito del microcontrolador con borneras para la conexión de sus entradas y salidas y sus componentes básicos (Reset, Clock, etc.), el cual se puede observar en la Figura 48. Figura 47. Conexión básica del PIC 16F877-A con los bloques de entrada y salida en el editor ISIS del programa Proteus v7.7 SP2. El circuito que se muestra en la Figura 48 va a estar gobernado por un microcontrolador PIC 16F877-A y además de darnos la posibilidad de manejar un mayor número de entradas y salidas, nos posibilitará el accionamiento de todos los actuadores necesarios y en caso de que se necesite, incluir un número mayor de ellos. 88 Este mismo circuito se convirtió mediante el editor ARES del programa Proteus v7.7 SP2 a un nuevo circuito listo para ser grabado en baquelita normal, el diseño obtenido se ilustra en la Figura 49. Figura 48. Conexión básica del PIC 16F877-A con los bloques de entrada y salida en el editor ARES del programa Proteus v7.7 SP2. La segunda parte del circuito, la cual se ilustra en la Figura 50, consta de transistores TIP-122, relays de 5 Vdc y borneras, las cuales en conjunto permitirá la activación y cambio de giro de los motores encargados de la apertura y cierre de la ventilación cenital y lateral. 89 Figura 49. Circuito de activación y cambio de giro de motores cenital y lateral en el editor ISIS del programa Proteus v7.7 SP2. Para actuar el motor lateral en cualquier sentido se necesita de los relés RL1, RL2, RL3, RL4 y RL5, mientras que para actuar el motor cenital en cualquier sentido se necesita de los relés RL6, RL7, RL8, RL9 y RL10. Vale la pena indicar que cada motor posee un relé común de activación (RL1 y RL6) y el sentido de giro se determinará por cómo se energicen sus bobinas con 110 Vac tal como se muestra en la Tabla 22. Tabla 22. Activación y cambio de giro de motores cenital y lateral. Motor Relays Activados Sentido de Giro Lateral RL1, RL2, RL3 RL1, RL4, RL5 RL6, RL7, RL8 RL6, RL9, RL10 Horario Anti-horario Horario Anti-horario Cenital 90 En el circuito de la Figura 50 además se puede observar que el pin “Base” de tres de los transistores TIP-122 (Q1, Q2 y Q3) está conectado a la bornera J16, mientras que los restantes (Q4, Q5 y Q6) están conectados a la bornera J15. Dichas borneras iras conectadas al bloque de salidas del microcontrolador; el pin “Emisor” de todos ellos se encuentra conectado a Gnd mientras que el pin “Colector” va conectado a los relays. Este mismo circuito se convirtió mediante el editor ARES del programa Proteus v7.7 SP2 a un nuevo circuito listo para ser grabado en baquelita normal, el diseño obtenido se ilustra en la Figura 51. Figura 50. Circuito de activación y cambio de giro de motores cenital y lateral en el editor ARES del programa Proteus v7.7 SP2. Finalmente la tercera parte del circuito extra es la destinada a la activación de los sistemas de riego por aspersión y goteo como se puede observar en la Figura 52. De igual manera que en los motores cenital y lateral, la activación de estos sistemas se dará a través de Relays los cuales energizarán con 110 VAC al calefactor y a las electroválvulas. Las borneras se han colocado para facilitar la conexión exterior de estas partes y para la conexión del bloque de salidas del microcontrolador (J20). 91 Figura 51. Circuito de activación de los sistemas de riego en el editor ISIS del programa Proteus v7.7 SP2. El circuito de la Figura 52 se convirtió mediante el editor ARES del programa Proteus v7.7 SP2 a un nuevo circuito listo para ser grabado en baquelita normal, el diseño obtenido se ilustra en la Figura 53. Figura 52. Circuito de activación de los sistemas de riego (editor ARES). 92 La última parte que vale la pena indicar debido a su gran importancia es el programa que nos permitirá el cambio de giro y la activación de salidas, el cual se realizó a través del lenguaje de programación Assembler. El lenguaje ensamblador o Assembler es un lenguaje de programación de bajo nivel que implementa símbolos de los códigos de máquina binarios y otras constantes necesarias para programar una arquitectura de CPU; constituye la representación más directa del código de máquina. (http://www.slideshare.net/iagardea/lenguaje-ensamblador). El programa desarrollado en lenguaje Assembler basa su funcionamiento en el diagrama de procesos que se muestra en la Figura 54 a continuación: 93 Figura 53. Diagrama de procesos de la programación del microcontrolador. 94 El diagrama de procesos de la Figura 54 hace referencia a la programación del microcontrolador; este programa se encuentra adjunto en el ANEXO 23 pero su funcionamiento se explica a continuación: Inicialmente lo que se hace es definir las bibliotecas que se van a usar y se administra los espacios de memoria. Luego se configura al puerto C (Port C) como puerto de entrada colocando el número 1 en todos sus pines obteniendo el número binario “11111111” para cumplir este fin. A este puerto al cual se van a conectar las salidas provenientes del módulo lógico además de los sensores magnéticos que nos indican si las ventilaciones cenital y lateral están abiertas o cerradas. De la misma manera se configura el puerto B y D (Port B y Port D) pero en este caso como puertos de salida colocando el número 0 en todos sus pines obteniendo el binario “00000000” en ambos casos. Hay que recordar que a través de estos puertos se enviará la señal de encendido y apagado de los actuadores. En cada condición de temperatura y humedad relativa, el módulo lógico, de acuerdo a su programación, activa alguna de sus salidas. Los sensores magnéticos igualmente en cada condición, nos indican la posición de las ventanas: lateral y cenital. Cuando sucede esto, el microcontrolador recibe un número binario que se interpreta como una condición de entrada. Existen 7 diferentes condiciones de entrada, y el microcontrolador lo que hace es esperar y comparar estas condiciones, esperando un cambio para ejecutar una acción. La ejecución de acciones se traduce en el encendido de actuadores a través de un número binario de salida para cada condición de temperatura y humedad relativa. Finalmente hay que indicar que estas condiciones de activación conjunta entre humedad relativa y temperatura, se explicarán mejor en el programa desarrollado para el módulo lógico. 95 4.1.3. DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO. Un sistema de control automático está definido como un conjunto de componentes que pueden regular su comportamiento o el de otro sistema con el fin de lograr un funcionamiento predeterminado, de modo que se reduzcan los fallos y se obtengan los resultados buscados. (http://www.eie.fceia.unr.edu.ar/~con2/CapituloIII_parte1.pdf). En otras palabras se puede decir que es un sistema que recibe unas acciones externas o variables de entrada, y cuya respuesta a estas acciones externas son las denominadas variables de salida como se ilustra en la Figura 55. Figura 54. Esquema básico de un sistema de control automático. Los sistemas de control han sido de gran impacto para el desarrollo de nuestra sociedad ya que han permitido: automatizar tareas humanas repetitivas, tediosas y/o peligrosas, trabajar con tolerancias mucho menores mejorando la calidad de los productos, disminuir costos de producción en mano de obra e insumos y mejorar la seguridad de operación de las máquinas y procesos. Los sistemas de control de lazo cerrado, cuya estructura se ilustra en la Figura 56, son aquellos en que se compara la entrada y la salida, y se usa la diferencia (error) como acción de control. 96 Se requiere por tanto de una realimentación, la cual se usa desde un resultado final para ajustar la acción de control pero se puede generar inestabilidad. Los sistemas de este tipo son más estables a perturbaciones y variaciones internas. Figura 55. Esquema típico de un sistema de control en lazo cerrado. Algunos ejemplos de este tipo de control son: el control de temperatura de un intercambiador de calor usando vapor como medio calefactor, un regulador de nivel de un depósito en donde el movimiento de la boya produce más o menos obstrucción en un chorro de aire, un termo-tanque de agua, etc. El funcionamiento del prototipo va a estar gobernado por un sistema de control de este tipo que consta de un módulo lógico, el cual tiene como limitante el número de salidas. Debido a esto se hizo necesario buscar opciones para superar este inconveniente: la primera opción era comprar el módulo de ampliación de entradas y salidas del módulo lógico, la segunda opción que se manejo fue crear un módulo propio adicional que conste con relés que hagan la vez de las salidas de módulo y finalmente la tercera opción usar el módulo lógico en conjunto con un microcontrolador. Idealmente lo recomendable sería usar un PLC con un número de salidas mayor para evitar estos problemas pero por motivos de economía y facilidad de uso se escogió la tercera opción siendo esta una nueva alternativa. 97 En el circuito de la Figura 57, se detalla la conexión de entradas y salidas del módulo lógico y del microcontrolador PIC 16F877-A: Figura 56. Circuito de control del módulo lógico y del PIC16F877-A. En la Figura 57, se puede notar la conexión de las salidas tanto del circuito de humedad relativa como de temperatura a las entradas analógicas del módulo lógico (I7 e I8 respectivamente). Las entradas I1 e I2 son sensores magnéticos NO (normalmente abiertos) colocados en la parte superior e inferior de la ventilación cenital que nos indicarán dicha posición; de igual manera I3 e I4 son sensores magnéticos NO (normalmente abiertos) colocados en la parte superior e inferior de la ventilación lateral que nos indicarán dicha posición. Las salidas del módulo lógico: Q1, Q2, Q3 y Q4 están conectadas respectivamente a los pines C0, C1, C2 y C3 del microcontrolador. Dicho puerto (Port C) configurado como puerto de entradas recibe además la señal de 4 sensores magnéticos NO adicionales, que nos indican la posición de 98 cada ventilación: C4 y C5 para la ventilación cenital (arriba y abajo respectivamente) y C6 y C7 para la ventilación lateral (arriba y abajo respectivamente). El puerto B (Port B) y puerto D (Port D) del microcontrolador se lo ha configurado como puerto de salida y sus pines han sido distribuidos de la siguiente manera: B0: Riego por Goteo. B1: Riego por Aspersión. B2, B3, B4: Ventilación lateral. B5, B6, B7: Ventilación cenital. D7: Sistema de Calefacción. El programa que gobierna el sistema de control automático fue desarrollado en lenguaje Ladder en el software LogoSoft Comfort v6.1 y basa su funcionamiento en el diagrama de procesos de la Figura 58. Hay que indicar que este programa va a ser explicado detalladamente en el literal 4.2. 99 Figura 57. Comportamiento lógico del Sistema de control automático. 100 4.2. SIMULACIÓN Y PROTOTIPO. En esta parte de desarrollaron las simulaciones y pruebas necesarias para conocer el comportamiento de cada uno de los circuitos electrónicos y de control con la finalidad de acondicionarlos y lograr el desempeño que se busca. Si hablamos de los circuitos electrónicos, las simulaciones correspondientes a esta parte se centran en el sensado tanto de la temperatura como de la humedad relativa y el acondicionamiento de su señal de salida para que pueda ser interpretada por el módulo lógico. El circuito correspondiente al sensado y amplificación de temperatura se puede observar en la Figura 44, a partir de este circuito se pudo simular su comportamiento y los voltajes amplificados para cada valor de temperatura los cuales se muestran en la Tabla 17. En el caso de la humedad relativa, su circuito se encuentra simulado en la Figura 46, y los valores de voltaje obtenidos para cada porcentaje de humedad relativa se encuentran detallados en la Tabla 20. En lo correspondiente al sistema de control automático, este fue desarrollado en Lenguaje Ladder y consta de las siguientes partes: sensado de temperatura, sensado de humedad y la activación de salidas. Para el “sensado de temperatura”, se hace la lectura de la señal amplificada a partir del sensor de temperatura LM-35 que se ha conectado a la entrada analógica AI1. Dado que las entradas analógicas del módulo lógico no reconocen valores decimales sino enteros, se va a manejar un rango de valores entre 0 y 1000 que corresponden a 0 y 10 voltios respectivamente. Cabe recordar que el sensor LM-35 nos entrega a su salida una señal lineal en mili voltios (mV) la cual fue amplificada con una ganancia de 20 a través del amplificador LM-358 para que pueda ser leída por módulo lógico. 101 Por ejemplo para una temperatura de 20⁰C el sensor nos entrega un valor de 0.20V, este valor al ser amplificado con ganancia 20 se transforma en 4,27V que es un valor que puede ser leído por el módulo lógico pero con un valor entero de 427 debido a la amplificación interna. Con estos parámetros se puede sensar valores de entre 0 y 50⁰C. Como se puede observar en la Figura 59, al sensor analógico AI1 se han conectado conmutadores analógicos de valor umbral diferencial denotados con SF00X, los cuales funcionan de manera que su salida se activa y desactiva en función de un valor umbral y diferencial parametrizable (Delta). Figura 58. Sección de Sensado de Temperatura del “Sistema de Control Automático”. El rango de activación de cada uno de estos conmutadores analógicos corresponde a un rango de temperatura; dichas temperaturas y los valores en que se activa y desactiva el conmutador analógico en cada condición, se puede observar en la Tabla 23. 102 Tabla 23. Rangos de temperatura del Sistema de Control Automático. Temperatura 0 1 1,10 10,90 11 14 14,10 19 19,10 22 23 Voltaje 0 0,20 0,22 2,18 2,20 2,80 2,82 3,80 3,82 4,40 4,42 Valor C. Analógico 0 20 22 218 220 280 282 380 382 440 442 On/Off On Off On Off On Off On Off On Off On # Condición 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 De igual manera funciona el “Sensado de Humedad”, es decir, se hace la lectura de la señal proveniente del sensor de humedad HS-1100 el cual se encuentra conectado a la entrada analógica AI2. A este sensor analógico también se han conectado conmutadores analógicos de valor umbral diferencial que se activaran y desactivaran según los rangos de humedad que se programe; en este caso son tres casos los cuales se describen en la Tabla 24. Tabla 24. Rangos de humedad relativa del Sistema de Control Automático. % H. Relativa 100 85 81 61 56 46 Voltaje 3,55 3,20 3,10 2,60 2,50 2,25 Valor C. Analógico 355 320 310 260 250 225 On/Off On Off On Off On Off # Condición 3 3 4 4 5 5 En la Figura 60 se puede observar lo descrito anteriormente en referencia al Sensado de Humedad: 103 Figura 59. Sección de Sensado de Humedad del “Sistema de Control Automático”. Dependiendo la combinación conjunta de estas condiciones de humedad y temperatura se activarán las salidas denotadas con Qx a las cuales; por ejemplo: en la Figura 61 se puede observar las condiciones de activación para la ventilación cenital. Figura 60. Condiciones de activación de la Ventilación Cenital. Mientras que en la Figura 62 se pueden observar las condiciones de activación de la Ventilación Lateral: 104 Figura 61. Condiciones de activación de la Ventilación Cenital. En la Figura 63 en cambio se observan las condiciones de activación del sistema de riego. Hay que indicar que no se ha separado la activación para cada tipo de riego ya que esto le compete al microcontrolador. Figura 62. Condiciones de activación del Sistema de Riego. Finalmente en la Figura 64 se observa las condiciones de activación del Sistema de Calefacción del invernadero: Figura 63. Condiciones de activación del Sistema de Calefacción. En todas estas condiciones se puede notar la presencia de pulsadores normalmente abiertos (I1, I2, I3, I4) los cuales representan los sensores magnéticos que nos indican la posición de cada ventilación. También se puede notar pulsadores NO adicionales denotados con la misma nomenclatura que los conmutadores analógicos de valor umbral diferencial, 105 los cuales se activan a la par que las condiciones de humedad o temperatura y aseguran la activación de una única salida. Para entender de mejor manera cómo funcionan estas condiciones de activación se puede observar en la Figura 65. Figura 64. Condición de activación 3: Cerrar Ventilación Cenital. En la Figura 65 se puede notar que tanto la humedad como la temperatura se encuentran en la tercera condición por lo que los pulsadores que simulan este estado se encuentran encendidos en color rojo (SF003 y SF007). Como la ventana cenital se encuentra abierta y la ventilación lateral se encuentra cerrada, se encienden los pulsadores NO que representan este estado (I2 e I3 respectivamente). Al cumplir estas condiciones se activa la salida correspondiente a la ventilación cenital; esta señal es enviada a la entrada C0 del microcontrolador, el cual según su programación activa sus salidas: B7 y B5 realizando el giro respectivo del motor que cerrara esta ventilación cenital. 106 4.3. CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO. Para culminar con el proceso de desarrollo mecatrónico, se procede a la construcción física del prototipo y la implementación conjunta de su sistema electrónico y de control automático. Para la construcción de la parte estructural del prototipo, primero se cortaron y doblaron los tubos tal como se muestra en la Figura 66. Figura 65. Corte y Doblado de tubos estructurales. Luego se procedió a la construcción de cada una de las partes estructurales: un ejemplo de ello se puede observar en la Figura 67 en donde se ve la construcción de la parte llamada “Unión para arcos”. Figura 66. Construcción de piezas estructurales. 107 Después se pintaron de color negro todas las partes, y se procedió a armar la estructura, colocando todas las partes incluyendo las correspondientes a la ventilación cenital y lateral como se muestra en la Figura 68. Figura 67. Armado de la estructura y sistemas de ventilación. El resultado es la estructura del prototipo que se observa en la Figura 69. Figura 68. Estructura final del prototipo. 108 Para la construcción del sistema electrónico y de control automático, primero se diseño los circuitos electrónicos y se realizaron sus pruebas de funcionamiento en un “Protoboard” tal como se muestra en la Figura 70. Figura 69. Pruebas de funcionamiento de circuitos de sensado. A continuación se construyó el circuito gobernado por el microcontrolador y se realizaron las pruebas de funcionamiento de su lógica tal como se muestra en la Figura 71. Figura 70. Pruebas de funcionamiento del circuito del microcontrolador. 109 También se conecto la etapa de fuerza simulando el encendido de los actuadores a través de focos incandescentes de 110VAC como se muestra en la Figura 72. Figura 71. Conexión etapa de fuerza y pruebas de funcionamiento. Finalmente se construyeron las placas de control, las cuales fueron colocadas en una caja electrónica y se conectó todos los elementos electrónicos y de control tal como se muestra en la Figura 73. Figura 72. Caja Electrónica y de Control. 110 4.4. RESULTADOS Y PRUEBAS. Para comprobar el funcionamiento del sistema se realizo una medición tanto de la temperatura como de la humedad relativa al interior del invernadero durante 5 días, con una frecuencia de medición de 30 minutos durante las 24 horas obteniéndose los datos mostrados en la Tabla 25: 111 Tabla 25. Prueba de Funcionamiento del Sistema. Hora 0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00 7:30 8:00 8:30 9:00 9:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 Día 1 Día 2 Día 3 Día 4 Día 5 Temperatura Humedad Temperatura Humedad Temperatura Humedad Temperatura Humedad Temperatura Humedad 12,1 11,9 12,7 11,6 11,4 11 10,9 11,3 11,1 11,1 11,3 11,3 11,3 11,4 11,7 12 13 13,2 14,8 14,9 14,9 15,3 16 17,8 18,3 87,5 88,6 89,8 90,4 90,2 92,9 93 92,4 93,7 92,8 92,9 92,8 94,5 94,4 93,5 91,2 84,8 84 75,8 73,2 80 73,4 72,6 67,5 64,1 11,1 11,5 11,3 10,9 10,3 10,4 10,6 10,8 10,7 10,8 11 11,1 11,1 11,2 11,5 12 12,8 12,9 13,6 14,6 13,2 16,2 15,4 15,4 15,4 94,2 93,4 94,6 96,4 97,4 98,3 98,3 98,3 98,3 98,3 98,3 98,3 98,3 98,3 97,5 94 90 88,2 82 74,1 64,1 66,7 69 70,4 80 9,6 9,7 9,3 8,9 8,6 8,3 8,1 7,7 7,6 7,9 7,9 8 8 8,3 8,7 9,6 10,8 11,7 13,8 15 15,7 15,7 15 14,6 15,2 95,4 92,4 93 94,2 97 97,5 97,2 98,3 98,3 96,6 95,2 96,4 96,3 94,5 93,2 89,8 84,9 81,1 75,6 70,2 67,3 69,1 72,8 73,1 70,2 10,5 10,2 10,1 10,1 10,3 10,6 10,6 10,9 10,9 10,8 10,8 10,6 10,6 10,7 10,9 11,1 11,7 12,5 13,3 13,9 15,1 14,6 15,6 17 16,3 92,3 95,3 96,1 97,2 97,4 97,2 97,4 97 96,8 98,3 98,3 98,3 98,3 98,3 98,3 97,6 95,5 92,4 85,2 82 76,4 77,6 73,6 70 70,9 8,8 9,5 8,7 10,5 10,4 10 10,7 11,1 11 11,2 11,1 10,9 10,9 11,1 11,5 11,9 12,7 12,8 13,6 14,6 15,6 16,8 15,4 18,7 18,8 96,1 94,8 96,5 92,8 91,3 92,2 91,8 92,6 93,1 91,6 92,7 94,9 95 93,2 91 88,3 84,7 83,9 82,3 78,4 72,8 67,6 55,5 59,9 59,5 112 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30 18:00 18:30 19:00 19:30 20:00 20:30 21:00 21:30 22:00 22:30 23:00 23:30 18,6 18,5 20,2 20,6 18,9 19,6 19,2 18,6 18,8 18,4 17 15,1 14,1 13,9 13,7 13,2 12,8 12,6 12 11,5 11,6 11,6 10,2 60,8 59,8 72,1 51,3 56 55,5 55,7 56,9 55,8 58,2 62,6 74,6 80,2 80 80,6 81,8 84,3 85,3 87,3 92,4 90,6 91,4 93,7 16,4 14,7 16,4 15,3 14,8 14,9 15,2 15,1 15,1 14,7 14,4 12,3 12,7 11,8 11,7 11,3 10,5 10,6 10,1 9,3 9,8 9,8 9,8 68,5 59 67,9 71 76,1 75,5 72,5 72,6 71,4 73,5 72,9 66,4 79,2 83,4 84,1 87 88,3 89,1 92,1 78,8 92,2 94,4 93,2 16,4 15,2 15,6 15,9 15,5 16,6 16,7 15,1 14,7 14,5 14,2 14 13,8 13,5 13,1 12,8 12,4 12,4 12,3 12,2 12 11,5 10,9 66,3 75,9 72,9 73,5 74,8 68 65,4 76,9 79,4 77,6 76,8 76,4 76,6 78,1 79,9 82,1 85,3 84,5 85,3 85,7 84,6 85,8 88,6 16,6 16,7 16,2 15,9 15,4 16,2 16,8 16,8 16,5 15,4 14 13,5 12,7 12,5 12,1 11,8 11,5 11,2 11,3 11,7 10,4 10,9 10,3 70 69,9 71,5 71,9 75,6 71,4 69,5 66,4 68,8 73,3 79,5 79,7 82,6 83,4 87,4 88,6 90 90,1 88,9 91 91,3 89,2 92,6 17,4 19,1 19,5 20,6 20,4 20,3 19,8 19,6 18,5 18,2 17,3 16 15 14,2 13,8 13,2 12,9 12,5 12,2 12 11,7 11,4 11,1 63,1 56 54,1 51,6 50 48,4 44,1 43,7 55 53,1 57,6 63,7 69,6 73,6 72,6 75,5 78,6 82,6 84,6 86,3 87,9 90,1 92,4 113 Los datos reflejados en la Tabla 25 permitieron ilustrar el comportamiento de la humedad relativa y la temperatura en función del tiempo durante los 5 días de prueba. En la Figura 74 se puede observar el comportamiento de estas variables en el Día 1. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Temperatura 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 Humedad Figura 73. Comportamiento de temperatura y humedad relativa día 1. En la Figura 75 se puede observar el comportamiento de estas variables en el Día 2. 120 100 80 60 Temperatura 40 Humedad 20 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0 Figura 74. Comportamiento de temperatura y humedad relativa día 2. 114 En la Figura 76 se puede observar el comportamiento de estas variables en el Día 3. 120 100 80 60 Temperatura 40 Humedad 20 0:00 1:30 3:00 4:30 6:00 7:30 9:00 10:30 12:00 13:30 15:00 16:30 18:00 19:30 21:00 22:30 0 Figura 75. Comportamiento de temperatura y humedad relativa día 3. En la Figura 77 se puede observar el comportamiento de estas variables en el Día 4. 120 100 80 60 Temperatura Humedad 40 20 0:00 1:30 3:00 4:30 6:00 7:30 9:00 10:30 12:00 13:30 15:00 16:30 18:00 19:30 21:00 22:30 0 Figura 76. Comportamiento de temperatura y humedad relativa día 4. 115 Finalmente en la Figura 78 se puede observar el comportamiento de estas variables en el Día 5. 120 100 80 60 Temperatura Humedad 40 20 0:00 1:30 3:00 4:30 6:00 7:30 9:00 10:30 12:00 13:30 15:00 16:30 18:00 19:30 21:00 22:30 0 Figura 77. Comportamiento de temperatura y humedad relativa día 5. Una vez realizadas las pruebas de funcionamiento respectivas, se obtuvieron los siguientes resultados: El prototipo funciona de manera ininterrumpida tanto en el día como en la noche. El sistema permite el sensado de temperatura en un rango de 0 a 50ºC y de humedad relativa en un rango de 0 a 100%. El sistema posee 6 rangos de activación que corresponden a valores de humedad relativa y temperatura ideales para el cultivo de rosas. En el caso de la temperatura, los rangos de activación tienen un valor de histéresis correspondientes a 0.1 ºC. En el caso de la humedad relativa, los rangos de activación tienen un valor de histéresis correspondientes a 4.5% equivalentes a 0.1 V dc. 116 La etapa de control de las placas electrónicas y el módulo lógico se encuentran alimentadas con 12 Vdc, mientras que la etapa de fuerza se encuentra alimentada con 110 Vac. El sensor de temperatura posee una variación lineal de 10 [mV/ºC], una exactitud garantizada de 0.5 [ºC] y está calificado para operar en un rango de -55 a 150ºC. El sensor de humedad relativa trabaja en un rango de temperatura de -40 a 100 ºC y su rango de operación es de 0 a 100%. La señal proveniente del sensor de temperatura fue amplificada con una ganancia de 20, logrando que el rango de temperatura de 0 a 50 ºC envíe señales de entre 0 y 10 Vdc al módulo lógico. Los sistemas de ventilación permiten disminuir el exceso de temperatura y el intercambio de aire al interior del invernadero. El sistema de calefacción evita que la temperatura baje de manera súbita y protege al cultivo en caso de heladas. Los sistemas de riego automático, permiten que el cultivo tenga la cantidad de agua necesaria en el momento que este lo amerite. Ayudan además a elevar la humedad relativa y disminuir la temperatura excesiva. La estructura del prototipo se encuentra construida con tubería galvanizada, esto evita la oxidación de la misma y al no contar con un excesivo número de piezas no crea sombras que reduzcan el nivel de luminosidad al interior del invernadero. 117 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 5.1. CONCLUSIONES. El “Sistema de control automático” permitió medir las condiciones internas tanto de temperatura como de humedad relativa, y las modificó hasta lograr las condiciones de microclima óptimas para el cultivo de rosas. La temperatura al interior del invernadero varía en forma inversamente proporcional a la humedad relativa. El prototipo de invernadero al ser automático limitó la necesidad de presencia humana solo para la puesta en inicio del sistema, ya que de ahí para adelante su funcionamiento es continuo y automático por lo que no necesita mayor supervisión. La automatización del sistema de riego por aspersión y por goteo permitió el ahorro de recursos energéticos y agua, ya que solo se riega en el momento en el que el cultivo lo amerite y por el tiempo apropiado. El sistema de riego por microaspersión se activa cuando la temperatura se encuentre entre 0 y 1ºC por un tiempo de 2 minutos con el fin de que se forme una capa de agua sobre la planta y en caso de que la temperatura descienda más o se produzca una helada inminente, esta capa de agua se congele y proteja a la planta. El sistema de riego por goteo, en cambio, se activa en conjunto con el riego por microaspersión por un tiempo de 3 minutos cuando la temperatura se encuentre en su condición más alta, es decir, sobrepase los 23ºC. Esto se hace con el fin de que se forme una capa de agua que proteja a la planta y permita bajar la temperatura a una condición óptima. La automatización de la ventilación cenital y lateral, permitió el intercambio de aire al interior del invernadero de manera más eficiente lo que provoca una mejora en las condiciones de cultivo. La 119 ventana lateral se despliega y contrae en un tiempo aproximado de 5 segundos, mientras que la ventana cenital al no tener mayor recorrido se abre y cierra en un tiempo aproximado de 2 segundos. La velocidad en que aumenta o disminuye la temperatura va a depender de las condiciones exteriores de temperatura y humedad, la orientación y velocidad del viento, etc. El diseño del sistema piñón-cremallera garantizó la apertura y cierre de la ventilación cenital, y debido al material del que está fabricado, ha funcionado sin ningún problema en condiciones agrestes de humedad y temperatura. El desarrollo del circuito adicional gobernado por el microcontrolador PIC 16F877-A permitió superar el limitante de entradas y salidas que posee el módulo lógico, aumentando el número de entradas a un total de 16 (6 digitales y 10 analógicas) y el número de salidas a un total de 13 (4 digitales y 9 analógicas). Los valores de histéresis indicados, garantizaron que las condiciones de activación conjunta de humedad relativa y temperatura se cumplan sin generar problema alguno. El diseño y simulación del prototipo se realizó con ayuda de programas adecuados que garantizaron la calidad y funcionamiento adecuado del sistema de control automático en tiempo real. Para el modelado CAD se usó el programa SolidWorks 2010, para el diseño electrónico se uso el software Proteus v7.7 SP2 y para el diseño del sistema de control se uso el programa LogoSoft Comfort v6.1. 120 5.2. RECOMENDACIONES. Después de que se diseñó y construyó el prototipo de invernadero automático se recomienda lo siguiente: El uso de energías renovables como complemento para que el invernadero sea completamente automático y el recurso energético se pueda ahorrar. Si se va a desarrollar un invernadero automático con dimensiones reales, se recomienda emplear elementos usados a escala industrial que garantizarán el funcionamiento del sistema en condiciones extremas y brindarán mayor robustez al mismo. Se recomienda también usar un número mayor de sensores de humedad relativa y temperatura y distribuirlos dependiendo el tamaño del invernadero con el fin de realizar un control más fino de estas variables. Si se va a comercializar el producto, se recomienda realizar un estudio exhaustivo de la forma en que se ve afectado el cultivo al modificar las condiciones internas del invernadero a través de herramientas CFD que permitan medir el comportamiento de fluidos. También sería importante modular el prototipo de invernadero automático a fin de que se tenga algunas variedades con dimensiones estándar que garanticen funcionalidad y en caso que se necesite un invernadero de mayores especificaciones, el re-diseño no se haga necesario sino más bien se emplearían las variedades existentes. Se recomienda usar un PLC que cuente con un número de entradas y salidas analógicas y digitales suficientes a fin de evitar problemas relacionados con las mismas. Se recomienda implementar este sistema de control automático en todo tipo de cultivo que se realice bajo invernadero con el fin de obtener cosechas fuera de época maximizando la producción. 121 El sistema se puede mejorar para aumentar su campo de aplicación, realizando un control no solo de humedad relativa y de temperatura sino también de otros factores como luminosidad, PH, humedad del suelo, etc. Finalmente se recomienda difundir las ventajas de la automatización desarrollando trabajos afines, y complementarla con el uso de energías renovables que nos permitan el uso consciente de los recursos naturales del planeta. 122 BIBLIOGRAFÍA. Acedo, J. (2003). Control Avanzado de Procesos. Actuadores y sus características, (s,f). Recuperado el 09 de Octubre del 2011 de: http://www.aie.cl/files/file/comites/ca/abc/actuadores.pdf Alcitore, D. G., Histand, M. B. (2008). Introducción a la Mecatrónica y los sistema de medición (Tercera Edición). México: Mc Graw Hill. Alpi, A., Tognoni, F. (1999). Cultivo en Invernadero. Madrid-España: Editorial Mundi-Prensa Angulo Usategui, J. M., Ruiz, A. E., & Martínez, I. A. (2008). ds PIC Diseño práctico de apliaciones. México: Mc Graw Hill. Baca Urbina, G. (2006). Evaluación de Proyectos (Quinta ed.). D F México, México: Mc Graw Hill. BCE. (2011). Banco Central del Ecuador. Recuperado el 05 de Noviembre del 2011 de: http://www.bce.fin.ec/documentos/Estadisticas/SectorExterno/Balanza Pagos/balanzaComercial/ebc201202.pdf Bethune, J. (2010). Engineering Design and Graphic with SolidWorks, EE.UU: Prentice Hall. Bishop, R.H. (2008). The Mechatroniks Handbook: Mechatronic System, Sensors and Actuators (Segunda Edición). EE.UU: CRC Press. Boltón, W. (2008). Mecatrónica Sistemas De Control Electrónico En Ingeniería Mecánica Y Eléctrica (Vol. II). D.F México: Alfaomega. Características tubería Conduit. Recuperado el 20 de Junio del 2011 de: http://www.conduit.com.ec/intro.php?pagina=productos/pro_tc6.php 123 Construcción de Invernaderos de Madera, (s,f). Recuperado 12 de Agosto de 2011 de: http://valparaisociudad.olx.cl/construccion-deinvernaderos-de-madera Craig, J. (2006). Robótica (Tercera Edición). México: Pearson Educación. Creus Sole, A. (2005). Instrumentación Industrial (Séptima Edición). España: Marcombo. Doebelin, E. (2005). Sistemas De Medición E Instrumentación: Diseño Y Aplicación (Quinta Edición). México: Mc Graw Hill. Esquejes, (s,f). Recuperado el 05 de Octubre del 2011 de: http://www.botanical-online.com/esquejes.html Estanqueidad, (s,f). Recuperado el 18 de Diciembre del 2010 de: http://www.cosmocax.com/%C2%BFque-es-la-estanqueidad/ Estructura de invernaderos, (s,f). Recuperado el 02 de Julio del 2011 de: www.jardinyplantas.com/importanciadelaestructuradeinvernaderos Flores G, P. (2006). “Invernaderos: Construcción y Manejo”. Lima: Alfaomega Funcionamiento de una electroválvula, (s,f). Recuperado el 22 de Diciembre del 2011 de: http://www.esacademic.com/dic.nsf/eswiki/422193 HOJA TÉCNICA. Amplificador LM-358. Recuperado el 11 de Mayo del 2011 de: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/nationalsemiconductor/DS 007787.PDF HOJA TECNICA. LOGO 12/24. Recuperado el 10 de Enero del 2011 de: http://www.sudel.com.uy/sitioWeb/productos_detalle/836. Rc HOJA TÉCNICA. Sensor de Humedad HS1100/HS1101. Recuperado el 04 de Enero del 2012 de: http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/H/S/1/1/HS1101.sht ml 124 HOJA TÉCNICA. Sensor de temperatura LM-35. Recuperado el 29 Noviembre del 2011 de: http://www.instructables.com/id/Waterproof-aLM35-Temperature-Sensor/) HOJAS TÉCNICAS S&P. Ventilación Natural y Mecánica. Recuperado el 04 de Febrero del 2011 de: http://www.soler- palau.com.mx/casosaplicacion7.php Hughes, A. (2006), Electric Motors and Drivers: Fundamentals, Types and Aplications (Tercera Edición). Reino Unido: Elsevier. Humedad relativa (s,f). Recuperado el 17 de Septiembre del 2011 de: http://www2.elo.utfsm.cl/~elo372/complemento2.pdf Inercia Térmica, (s,f). Recuperado el 27 de Agosto del 2011 de: http://www.construmatica.com/construpedia/Inercia_T%C3%A9rmica Invernaderos agrícolas y hortícolas, (s,f). Recuperado el 16 de Abril del 2011 de: www.jardinyplantas.com/invernaderos/) Invernaderos Agrícolas, (s,f). Recuperado el 11 de Marzo del 2011 de: http://lasinvernaderas.blogspot.com/ Katsuhiko, O. (1997). Modern Control. EE.UU: Prentice Hall. Lombard, M. (2010). SolidWorks 2010 Bible, EE.UU: Wiley Publishing Inc. Metodología de diseño mecatrónico, (s,f). Recuperado el 02 de Febrero del 2011 de: http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/6350. Microclima en Invernaderos, (s,f). Recuperado el 22 de Junio del 2011 de:http://www.infoagro.com/industria_auxiliar/microclima_invernadero _procesos_fisicos.htm Motores eléctricos. Recuperado el 03 de Septiembre del 2011 de www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448173104.pdf Mott, R. (2006). Diseño de Elementos de máquinas (Cuarta Edición). Mexico, Pearson Education. Plásticos para invernaderos, (s,f). Recuperado el 19 de Noviembre del 2011 de: http://www.infoagro.com/industria_auxiliar/plasticos1.htm 125 Quezada Cerna, I. (2007). Diseño Mecánico con Solid Works 2007. Lima: Megabyte. Reinoso, O., Torres, F., & Rafael, A. (2004). Control de Sistemas Discretos. Madrid: Mc Graw Hill. Sánchez Reyes, C. (2005). “Sistemas de Riego: Uso, Manejo y Aplicación”. Lima-Perú: E.I.R.L. Sensores de Temperatura ventajas y desventajas, (s,f). Recuperado el 30 de Septiembre de: http://www.profesormolina.com.ar/126ntercambi/sens_transduct/tempe ratura.htm. Sensores de temperatura, (s,f). ). Recuperado el 02 de Abril del 2011 de: http://www.electronicamedina.com.mx/e_store/index.php 126 6. ANEXOS Anexo 1. Hoja de datos del Sensor de Temperatura LM-35. 127 128 Anexo 2. Hoja de datos del Amplificador LM-358. 129 130 Anexo 3. Hoja de datos del sensor de humedad HS-1101LF. 131 Anexo 4. Hoja de datos Módulo Lógico Siemens LOGO! 12/24RC. 132 133 134 Anexo 5. Planos de “Bases para pilares Verticales”. 135 Anexo 6. Planos de “Pilares Verticales”. 136 Anexo 7. Planos de “Uniones Tipo T”. 137 Anexo 8. Planos de “Tubo Horizontal”. 138 Anexo 9. Planos de “Uniones Tipo Cruz”. 139 Anexo 10. Planos de “Arco Principal”. 140 Anexo 11. Planos del “Piñón”. 141 Anexo 12. Planos de la “Cremallera”. 142 Anexo 13. Planos del “Arco Cenital”. 143 Anexo 14. Planos de “Unión para Arcos”. 144 Anexo 15. Planos de “Unión de Cenitales”. 145 Anexo 16. Planos de “Soporte Eje Principal”. 146 Anexo 17. Planos de “Soporte Cremallera”. 147 Anexo 18. Planos de “Base Motor Cenital”. 148 Anexo 19. Planos de “Unión Motor-Eje”. 149 Anexo 20. Planos de “Estructura Lateral”. 150 Anexo 21. Planos de “Base Motor Lateral”. 151 Anexo 22. Dimensiones Estructura Final. 152 Anexo 23. Programa del Microcontrolador. LIST INCLUDE P=PIC16F877A <P16F877A.INC> UNO EQU 20H DOS EQU 21H TRES EQU 22H CUATRO EQU 23H AUX EQU 24H SEIS EQU 25H SIETE EQU 26H OCHO EQU 27H NUM EQU 28H AUX1 EQU 29H NUEVE EQU 30H DIEZ EQU 31H ONCE EQU 32H DOCE EQU 33H ORG 0X00 BANKSEL MOVLW MOVWF TRISC; b'11111111' TRISC Configuro el Port C como entrada BANKSEL MOVLW MOVWF TRISB; b'00000000' TRISB BANKSEL MOVLW MOVWF TRISD; Configuro el Port d como salida b'00000000' TRISD Configuro el Port b como salida BANKSEL PORTC MOVLW b'10100100' MOVWF UNO MOVLW b'10101000' MOVWF DOS MOVLW b'10010001' MOVWF TRES MOVLW b'10100001' MOVWF CUATRO MOVLW b'01010010' MOVWF SEIS MOVLW b'10010010' MOVWF SIETE MOVLW b'01010100' MOVWF OCHO MOVLW b'00100000' MOVWF NUEVE MOVLW b'00010000' MOVWF DIEZ MOVLW b'10000000' MOVWF ONCE MOVLW b'01000000' MOVWF DOCE LEERNUMERO BANKSEL PORTC MOVFW PORTC XORWF UNO, 0 BTFSC STATUS, Z GOTO CHANGE1 MOVFW PORTC XORWF DOS, 0 BTFSC STATUS, Z GOTO CHANGE2 MOVFW PORTC XORWF TRES, 0 153 BTFSC STATUS,Z GOTO CHANGE3 MOVFW PORTC XORWF CUATRO, 0 BTFSC STATUS,Z GOTO CHANGE4 MOVFW PORTC XORWF SEIS, 0 BTFSC STATUS, Z GOTO CHANGE6 MOVFW PORTC XORWF SIETE, 0 BTFSC STATUS, Z GOTO CHANGE7 MOVFW PORTC XORWF OCHO, 0 BTFSC STATUS, Z GOTO CHANGE8 CLRF STATUS CLRF PORTB CLRF PORTD GOTO LEERNUMERO CHANGE1; Permanece cerrado todo y se prende Riego por aspersión BANKSEL PORTB MOVLW B'00000010' MOVWF PORTB CALL RETARDO; Llamo retardos CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CLRF PORTB MOVFW PORTC XORWF DOS, 0 BTFSC STATUS, Z GOTO LEERNUMERO GOTO LEERNUMERO CHANGE2; Permanece cerrado todo y se prende el Sistema de Calefacción. BANKSEL PORTD MOVLW B'10000000' MOVWF PORTD CALL RETARDO; Llamo retardos CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO 154 CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CLRF PORTD MOVFW PORTC XORWF UNO, 0 BTFSC STATUS, Z GOTO LEERNUMERO MOVFW PORTC XORWF TRES, 0 BTFSC STATUS, Z GOTO LEERNUMERO GOTO LEERNUMERO CHANGE3; BANKSEL PORTB MOVLW B'10100000' MOVWF PORTB MOVFW PORTC XORWF DOS, 0 BTFSC STATUS,Z GOTO LEERNUMERO MOVFW PORTC XORWF CUATRO, 0 BTFSC STATUS, Z GOTO LEERNUMERO MOVFW PORTC XORWF NUEVE, 0 BTFSC STATUS, Z GOTO LEERNUMERO GOTO CHANGE3 Cerrar la ventilación cenital (condición cuando baja la temperatura) CHANGE4; BANKSEL PORTB MOVLW B'11000000' MOVWF PORTB MOVFW PORTC XORWF TRES, 0 BTFSC STATUS, Z GOTO LEERNUMERO MOVFW PORTC XORWF SEIS, 0 BTFSC STATUS, Z GOTO LEERNUMERO MOVFW PORTC XORWF DIEZ, 0 BTFSC STATUS, Z GOTO LEERNUMERO GOTO CHANGE4 Abrir Ventilación Cenital CHANGE6; BANKSEL PORTB MOVLW B'00010100' MOVWF PORTB MOVFW PORTC XORWF CUATRO, 0 BTFSC STATUS, Z GOTO LEERNUMERO MOVFW PORTC XORWF SIETE, 0 BTFSC STATUS, Z GOTO LEERNUMERO Cerrar Ventilación Lateral 155 MOVFW PORTC XORWF ONCE, 0 BTFSC STATUS, Z GOTO LEERNUMERO GOTO CHANGE6 CHANGE7; BANKSEL PORTB MOVLW B'00001100' MOVWF PORTB MOVFW PORTC XORWF SEIS, 0 BTFSC STATUS, Z GOTO LEERNUMERO MOVFW PORTC XORWF OCHO, 0 BTFSC STATUS, Z GOTO LEERNUMERO MOVFW PORTC XORWF DOCE, 0 BTFSC STATUS, Z GOTO LEERNUMERO GOTO CHANGE7 Abrir Ventilación Lateral CHANGE8; Se activan el Sistema de riego por Aspersión y Goteo. BANKSEL PORTB MOVLW B'00000011' MOVWF PORTB CALL RETARDO; Llamo retardos CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CALL RETARDO CLRF PORTB MOVFW PORTC XORWF SIETE, 0 BTFSC STATUS, Z GOTO CHANGE7 GOTO LEERNUMERO GOTO LEERNUMERO RETARDO1 MOVLW b'11111111' MOVWF AUX RETARDO DECFSZ AUX GOTO RETARDO DECFSZ AUX1 GOTO RETARDO1 RETURN END 156 157
