UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA INGENIERÍA MECATRÓNICA
CONTROL AUTOMÁTICO DE UN CRIADERO DE POLLOS
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERO MECATRÓNICO
CARLOS ALBERTO CHIRIBOGA FERNÁDEZ
DIRECTOR: PHD. DANIEL MIDEROS
DERECHOS DE AUTOR
DECLARACIÓN
Yo CARLOS ALBERTO CHIRIBOGA FERNÁNDEZ, 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.
(Firma)
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Control automático de un criadero de pollos”, que, para aspirar al título de Ingeniero Mecatrónico fue desarrollado por Nombre Apellido, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y25.
(Firma)
PhD. Daniel Mideros DIRECTOR DEL TRABAJO
C.I. 1713177325
ÍNDICE DE CONTENIDOS
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RESUMEN x
ABSTRACT xi
CAPÍTULO 1 Introducción Capitulo 1 1
Objetivo General 1
Objetivos Específicos 2
Resumen General 2
CAPÍTULO 2 Introducción capítulo 2 6
Proceso de la crianza de aves 8
Parámetros controlables en la crianza de pollos 9
Alimentación 9
Hidratación 14
Temperatura 15
Galpones de crianza de pollos 18
Ventilación 20
Características del sector 23
CAPÍTULO 3 Introducción capítulo 2 25
Especificaciones del sistema 27
ii
Componente Eléctrico 28
Componente Electrónico 29
Componente de Control 29
Implementación 33
Materiales 34
Materiales componente de alimentación 34
Materiales componente de hidratación 36
Materiales componente de calefacción 36
Materiales componente de ventilación 37
Materiales componente de control 37
CAPÍTULO 4 Introducción Capítulo 4 38
Diseño del componente Mecánico 38
Diseño del componente Eléctrico 62
Circuito de protección para iluminación 63
Circuito de protección para tomas de corriente 67
Circuito de protección para motor de trabajo 67
Diseño del componente Electrónico 69
Cortinas automáticas 75
Bombillas calefactoras 87
Sensor PT100 89
Sensores de proximidad 91
Diseño del componente de Control 95
PLC LOGO 12/24 RC 95
Módulo analógico de expansión AM2 PT100 99
CAPÍTULO 5 Introducción Capítulo 5 105
Implementación del componente mecánico 105
Implementación del componente eléctrico 109
Implementación del componente electrónico 112
Implementación del componente de control 116
Pruebas del componente mecánico 117
Pruebas del componente eléctrico 119
Pruebas del componente electrónico 119
Pruebas del componente de control 120
CAPÍTULO 6 Conclusiones 130
Recomendaciones 132
Bibliografía 133
iv
ÍNDICE DE TABLAS
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Tabla 1. Relación de días de crecimiento
y temperatura ambiente 16
Tabla 2. Símbolo, significado y valor de los pines
Representativos del circuito integra L293D 76
Tabla 3. Distribuciones de pines del circuito
Integrado L293D 77
Tabla 4. Consumo de alimento del pollo a lo largo de su vida
118
Tabla 5. Lectura de temperatura sin la intervención
de la automatización 121
Tabla 6. Lectura de temperatura con la intervención
de la automatización 124
Tabla 7. Lectura de temperatura en aumento
127
Tabla 8. Lectura de temperatura en decremento
ÍNDICE DE FIGURAS
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Figura 1. Pollitos bebes en proceso de crianza 6
Figura 2. Proceso de alimentación 7
Figura 3. Comedero para pollos bebe 10
Figura 4.Comedero para pollos manual 11
Figura 5. Comedero automático con tubo de alimentación 11
Figura 6. Comedero de cadena 12
Figura 7. Rejillas del comedero de cadena 13
Figura 8. Esquinero de 90° 13
Figura 9. Bebedero de plástico manual 15
Figura 10. Bebedero automático de campana 15
Figura 11. Criador infrarrojo 17
Figura 12. Control Temptron 18
Figura 13. Visualización del programa Chick Pro 18
Figura 14. Vista aérea de los galpones 19
Figura 15. Ventiladores y extractores del galpón 21
Figura 16. Sistema de ventilación por presión negativa 23 Figura 17. Ventilador para recirculación de aire 23 Figura 18. Ubicación de la Parroquia del Quinche 24 Figura 19. Esquema de la Metodología Mecatrónica 26
Figura 20. Diagrama de procesos del componente mecánico 30
Figura 21. Diagrama de procesos del componente eléctrico 31
Figura 22. Diagrama de procesos del componente electrónico 32
Figura 23. Diagrama de procesos del componente de control 35
Figura 24. Comedero de 12kg de capacidad 39
Figura 25. Bebedero plástico automático de campana 40
Figura 26. Plano de tolva vista lateral y superior 43
Figura 27. Soporte para tolva 45
Figura 28. Tapa para tolva vista superior y lateral. 46
vi
Figura 30. Acople para tubería y comedero 49
Figura 31. Tubería de distribución de alimento 50
Figura 32. Campana de comedero vista frontal y superior 51
Figura 33. Mesa de soporte para motor vista frontal y superior 57
Figura 34. Sistema de reducción de velocidad 59
Figura 35. Acople para resorte vista superior 60
Figura 36. Acople de eje principal, eje secundario y resorte 61
Figura 37. Medidor de energía eléctrica uso domiciliario 62
Figura 38. Breaker eléctrico 63
Figura 39. Diagrama de principio de luminarias 65
Figura 40. Diagrama unifilar de luminarias 70
Figura 41. Diagrama unifilar y de principio
para toma de corrientes 71
Figura 42. Motor de trabajo 68
Figura 43. Plano del galpón vista superior 73
Figura 44. Planos de pared lado oeste del galpón 74
Figura 45. Circuito integrado L293D 76
Figura 46. Regulador de voltaje LM317 y conexión
para regulación de voltaje 78
Figura 47. Circuitos estabilizadores para 5 V y 9 V. 81
Figura 48. Circuito de puentes H L293D con
alimentación de 5 V y 9 V. 82
Figura 49. Soporte cortina s 84
Figura 50. Soporte para final de carrera 86
Figura 51. Bombilla infrarroja para crianza de aves 87
Figura 52. Circuito de control para relés, tanto para
motor de distribución de alimento, bombillas infrarrojas. 88
Figura 53. Sensor térmico Pt100 89
Figura 54. Gráfico de incremento de temperatura
en el sensor Pt100 90
Figura 55. Conexión a dos hilos de Pt100 90
Figura 57. Sensor de proximidad infrarrojo 92
Figura 58. Soporte para sensores 94
Figura 59. Circuito electrónico para sensores 93
Figura 60. Características PLC LOGO 12/24 RC 96
Figura 61. Fuente para PLC LOGO 12/24 RC 97
Figura 62. Apariencia física del módulo AM2 PT100 100
Figura 63. Conexiones del sensor a 2,3 y 4 hilos 100
Figura 64. Parametrización del módulo en el programa LOGOSOFT 101
Figura 65. Diagramas de procesos del control automático del galpón 103
Figura 66. Tolva metálica 106
Figura 67. Platinas para soporte de tubería de distribución de alimento, parte superior 107
Figura 68. Platinas para soporte de tubería de distribución de alimento, parte inferior 107
Figura 69. Mesa de soporte para motor y espiral 107
Figura 70. Mesa de soporte con todos los aditamentos y acople para el resorte 108
Figura 71. Componente mecánico implementado 108
Figura 72. Caja de protección 110
Figura 73. Cajetines de aluminio octogonales 111
Figura 74. Instalaciones eléctricas de alimentación 112
Figura 75. Placas electrónicas, fuente con puentes H y placa de relés 113
Figura 76. Cortinas automáticas 114
Figura 77. Cortinas automáticas, extremos de la cortina 114
Figura 78. Finales de carrera 115
Figura 79. Sensores de proximidad en comederos 115
Figura 80. Fuente, PLC LOGO, Modulo para PT100 116
Figura 81. Conexiones del componente de Control 117
viii
intervención del control automático 123
Figura 83. Gráfica de lectura de temperatura con la
intervención del control automático 125
ÍNDICE DE ANEXOS
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x
Resumen
Abstract
Dentro de la crianza de aves, los pollos son la raza más reproducida por el ser humano para su consumo y venta, la avicultura es una de las prácticas más realizadas desde hace mucho tiempo en todos los países a menor o mayor escala.
Por esta razón las grandes reproductoras y criadoras dedican mucho esfuerzo y recursos en el estudio de nuevos métodos para mejorar y optimizar el tiempo de cría de estas aves. Optimizando condiciones para que el tiempo de cría se reduzca así como mejorando su alimentación para mejorar la calidad de la carne. Por ello con el avance de la tecnología se ha buscado mejorar las instalaciones y aumentar las posibilidades de mejorar el crecimiento de las aves así como buscar un menor índice de mortandad, por ello se busca realizar un control automático. El cual debe mantener un valor deseado dentro de condiciones determinadas, midiéndolo, comparándolo con el valor final y esta diferencia utilizarla para proceder a reducirla, esto es lo que llamamos un lazo cerrado de acción y reacción en el que la intervención humana sea nula.
Así un control automático del proceso de crianza, conlleva a mejorar el manejo de la temperatura interna de la granja, los cuales deben mantener condiciones adecuadas dentro de un margen establecido, brindando las posibilidades necesarias para que los pollos se desarrollen con mayor rapidez y eviten enfermar a causa de cambios drásticos de temperatura o por falta de ella, en cuanto a la distribución de alimento y líquido, siempre contaran con los mismos en la cantidad necesaria evitando los excesos y desperdicios. Por estas razones en el presente trabajo de titulación se plantearon los siguientes objetivos:
1.1. OBJETIVO
GENERAL
2
1.2. OBJETIVOS
ESPECÍFICOS
• Diagnosticar la situación actual de los procesos utilizados en el área de crianza de pollos, para conocer los problemas principales por los cuales no se está logrando alcanzar los resultados deseados.
• Implementar los componentes que permitan controlar las variables para el desarrollo adecuado en la crianza de pollos.
• Proponer el mejoramiento de los procesos de control automático que nos permitan un mejor manejo de las variables sensibles de la crianza de pollos.
4
Si se hiciera un análisis retrospectivo, las aves han sido y son parte importante de la dieta del ser humano, ya sea por su carne o sus huevos, pasando de ser compañeras caseras a importantes elementos de producción industrial. El progreso y avance tecnológico de la Avicultura moderna, se debe, al igual que en la ganadería, a los ingleses, quienes al inicio se limitaban a la crianza de gallos de pelea, para luego optar por aves seleccionadas para producción. Es así como comenzaron las Granjas Industriales que importaron gallinas extranjeras, a fin de realizar cruces y mejorar la raza. A principios de 1900 la avicultura industrial inicia los primeros pasos con la selección en las razas de gallinas autóctonas que permitió mejorar sensiblemente la producción y crianza de pollos como se puede observar en la figura 1. En las primeras décadas del siglo XX la producción y el consumo de huevos eran relativamente bajos. Pero a partir de 1960 surge con potencia la avicultura intensiva y a finales de esta década la producción de huevos superaba los 600 millones de docenas.
Figura 1. Pollitos bebes en proceso de crianza
(Chiriboga Carlos, 2012)
7
suceden grandes innovaciones en la tecnología de producción, así se mejoraron procesos como el de alimentación, en la figura 2 se puede observar la tecnificación del mismo, además sé que provocan aumentos en la capacidad instalada, produciéndose notables desequilibrios entre la oferta y la demanda que se reflejan en fuertes bajadas de precios. La moderna avicultura no es otra cosa que el perfeccionamiento de los sistemas seguidos por los pueblos de todas las edades y todos los países. El progreso de la humanidad, en todos los órganos de la vida, se refleja de una manera clara en la evolución, desarrollo y tecnificación de la avicultura. Sin lugar a equivocarnos, puede decirse que es tan grande la especialización e importancia que han llegado las gallinas, que son los animales con el cuidado nutricional y técnico más perfeccionado e importante que existe actualmente en el mundo.
Figura 2. Proceso de alimentación
(Chiriboga Carlos, 2012)
En esa industrialización de las aves, el país no ha estado ausente y bien es cierto que en forma directa no hemos prestado ninguna colaboración, si hemos tenido el privilegio de poder disfrutar de inmediato de todos los cambios, sistemas, equipos, fórmulas, razas, producidos inventados y divulgados por aquellos países de mayor poder económico y mayor tradición y capacidad investigativa avícola que el nuestro. 1
2.1. Proceso de la crianza de aves
9
o la falta de higiene del galpón y sus componentes como bebederos o comederos, es conveniente y una muy buena opción la sanidad integra por periodos, la limpieza no solo debe ser interna ya que al exterior del galpón también existen amenazas o focos de enfermedades y se deberá realizar fumigaciones en el exterior. Así han transcurrido siete semanas en las que se puede optar por el tiempo de descarte, ya sea para venta a mataderos o industria. 2
2.2. Parámetros controlables en la crianza de pollos
Alimentación
Para la alimentación de los pollos haremos uso de comederos de aves debemos tener en cuenta que se puede adoptar la alimentación
dividiendo la edad del pollo en dos etapas.
Comederos de primera edad:
En los primeros días de vida de los pollitos se debe utilizar las bandejas de plásticos cuyas dimensiones son aproximadamente de 60 x 40 cms. de superficie y unos 3 ó 4 cm. de altura. Tienen un fondo rugoso y dividido en cuadros.En el caso en el que se desee utilizar las cajas plásticas en las que llegan los mismo puede realizarse caso contrario y tomando en cuenta las bandejas ya mocionadas se deberá utiliza por cada 75 a 100 pollitos por bandeja como se puede observar en la figura 4.
2
Figura 3. Comedero para pollos bebe (Chiriboga Carlos, 2012)
Comederos de segunda edad:
En países con un nivel de industrialización alta el proceso de alimentación de las aves en su segunda edad se lo realiza de manera automática, mas en medios en los que la carencia de conocimiento como el nuestro se lo realiza manualmente mediante la utilización de platos con tolvas de lata no oxidables, suspendidos del techo del galpón, contado con algún sistema de graduación para altura el cual mantenga el plato a un nivel un poco más bajo que el lomo del pollo. Por cada 50 pollos se deberá colocar un comedero tubular galvanizado o a su vez uno de plástico que soporte 12 kilos de alimento, el mismo lo podemos apreciar en la figura 5, este aspecto es de vital importancia ya que la distribución es muy importante para evitar los trastornos en la estructura social.3
Tipos de comederos de aves automáticos
Sistema automático de suministro de alimento con circuito cerrado
de dos líneas
Este sistema automático es atendido por un motor de 120 V. con 1800 rpm. El cual impulsa el alimento a los platones los cuales tienen 24 cm de diámetro, estos permiten alimentar diariamente a 64 pollos adultos de 6 semanas de edad ó 56 pollos de 7 semanas. Para este sistema se debe instalar una tubería metálica redonda de 1.5” con una distancia mínima de
3
11
66.6 cm entre centros de platones, en la figura 6 podemos apreciar la tubería y el comedero ya instalados. Este sistema nos admite contar por cada 6 metros de tubería con un máximo 9 platones, hay que tomar en cuenta que su Unidad de Arrastre lleva una tolva y entrega 550 kilos de alimento por hora.
Figura 4. Comedero para pollos manual (Chiriboga Carlos, 2012)
Figura 5. Comedero automático con tubo de alimentación (Chiriboga Carlos, 2012)
Comederos Automáticos de cadena
Figura 6. Comedero de cadena (Chiriboga Carlos, 2012)
Los canales, uniones y rejillas son fabricados en acero galvanizado, éste mejora su vida útil además se pueden presentar distintas opciones de rejillas dependiendo del uso a dar y las restricciones que se deseen adoptar para el consumo del alimento, en la figura 7 se puede apreciar este mecanismo de cadena.4 La distribución del alimento se dará por medio de tolvas, a las cuales dependiendo de la dirección y numero de las salidas optaran por el uso de un motor por tolva, las tolvas se las puede dar un acabado de esmalte para prolongar su vida útil. En cuanto al sistema de cadena este debe contar con un esquinero de 90° el mismo que procure hacer que todo el sistema sea más suave menos ruidoso contando con una aceitera que ayude a su buen funcionamiento, en la figura 9 se ve el esquinero junto con la cadena ya instalada. El equipo también cuenta con un sistema de suspensión al techo el cual reemplaza el antiguo sistema de patas, evitando así el continuo reemplazo de las mismas debido a la corrosión y desgaste.
13
Figura 7. Rejillas del comedero de cadena (Chiriboga Carlos, 2012)
Adicionalmente la altura del comedero es regulable mediante ajustadores de nivel lo cual es ideal al realizar la limpieza del galpón, para la protección y para confort de los pollos se instalaran rejillas de metal cuya función es limitar el acceso de los mismos para evitar accidentes y que el alimento sea pisoteado, en la figura 8 se muestra la canal y las rejillas.5
Figura 8. Esquinero de 90° (Chiriboga Carlos, 2012)
2.3. Hidratación
Bebederos de aves
Al igual que los comederos de pollos los bebederos los podemos utilizar en su primera y segunda edad. Obviamente los bebederos de primera edad tienen poca capacidad y pueden ser transparentes para tener un control más eficaz del consumo de agua y de la dosificación de medicina no suelen sobrepasar el galón de capacidad. En cuanto ya estén avanzados en su crianza los pollos podremos cambiar a bebederos automáticos los cuales nos facilitaran la distribución de líquido. Y ahorraran tiempo y evitara la intervención del hombre en este proceso o a su vez la reducirá al máximo.
Bebederos manuales
Estos bebederos suelen ser fabricados de plástico como lo podemos observar en la figura 10, en este caso debemos inspeccionar cada determinado tiempo que el nivel del líquido sea el adecuado.
Bebederos automáticos
Los bebederos automáticos podemos apreciarlos en dos modelos muy marcados el llamado tetina o pezón, en este tipo de bebedero el pollo es quien acciona el mecanismo para beber líquido, en la figura 11 observamos su funcionamiento ya sean como bebederos que tienen un sistema el cual deja o no pasar liquito hacia el depósito por medio de un flotador en su interior el cual a continuación podemos observarlo en la figura 9.6
15
Figura 9. Bebedero de plástico manual
(Chiriboga Carlos, 2012)
Figura 10. Bebedero automático de campana
(Chiriboga Carlos, 2012)
2.4. Temperatura
Edad (Días) Temperatura (grados centígrados) 1-7 28-32 8-14 26-28 15-28 22-26 29 a
sacrificio 20-22
Tabla 1. Relación de días de crecimiento y temperatura ambiente
17
Figura 11. Criador infrarrojo (Chiriboga Carlos, 2012)
En el mercado también podemos encontrar sistemas de control avanzados para el control de climatización interna del galpón tales como los sistemas Temptron de Agrilogic, en la figura 13 vemos su forma física, estos sistemas son capaces de darnos la mayor facilidad en un panel de control el cual integra funciones como controles de ventiladores temporizados, luces temporizadas, alarmas térmicas, medición de agua, alimento, humedad. Un aspecto interesante de estos sistemas de control, es que cuentan con un software llamado Chick Pro, una imagen del programa nos muestra sus parámetros como lo podemos observar en la figura 14, este muestra una visualización clara y animada del estatus actual del galpón mostrando información clave para el control ideal del mismo. En este se pueden tener datos tales como el rendimiento, historia, pronóstico, análisis financiero, en resumen las finanzas importantes del galpón. 7
Figura 12. Control Temptron
(Chiriboga Carlos, 2012)
Figura 13. Visualización del programa Chick Pro
(Chiriboga Carlos, 2012)
2.5. Galpones de crianza de pollos
19
de la producción en cercanías de la fábrica de alimento, con el consiguiente aumento de eficiencia en los fletes internos de alimento balanceado.
Granja de postura automatizada
Esta granja fue construida en 1996, provista de seis galpones como se puede observar en la figura 15, montados en estructuras parabólicas y a dos aguas de 7,05 metros de ancho por 133,00 metros de largo, con cerramientos laterales con materiales aislantes, jaulas de batería superpuesta, en cuatro niveles tipo departamentos, con una capacidad para alojar nueve aves en cada uno.
Figura 14. Vista aérea de los galpones
(Chiriboga Carlos, 2012)
galpón y paneles evaporativos y humidificadores en la cabecera opuesta. Se han incorporado sensores de temperatura, humedad relativa, sensores de luz, y de presión estática, distribuidos en forma uniforme en toda la nave; además de un sistema electrónico de contadores de huevos con información en pantalla en tiempo real.
2.6. Ventilación
21
Figura 15. Ventiladores y extractores del galpón
(Chiriboga Carlos, 2012)
23
Figura 16. Sistema de ventilación por presión negativa
(Chiriboga Carlos, 2012)
Algo que cabe ser resaltado es que en la parte lateral del galpón cuando se realiza la emisión del aire deberá ser colocado un quemador circular frente a la hélice, así el aire será calentado, más para que este sistema funcione de manera correcta es necesario colocar recirculadores de aire interno que sean dirigidos hacia las salidas, como se puede apreciar en la figura 18. 8
Figura 17. Ventilador para recirculación de aire.
(Chiriboga Carlos, 2012)
2.7. Características del Sector
Fecha de Parroquialización Civil: 29 de Mayo de 1861.
EL Quinche, parroquia del Distrito Metropolitano de Quito, cuyas raíces son de origen Maya, ˆ Cakchiquel, con dos vocablos Quin y Chi que significan Sol y Monte respetivamente lo denotan como Monte de Sol.Según Gonzales Suárez, reconocido historiador, guardaba estrecha relación comercial entre varios pueblos de la época, desde la antigüedad reconocido por su grado religioso, ya que era lugar de peregrinación de centros ceremoniales de adoración al Sol, con la conquista española esto cambio introducida la cultura española se cambió la fiesta del solsticio por la de San Pedro como patrono, por ello en nombre de San Pedro de El Quinche. Más tarde, en la colonia sería elegido como sede de la Virgen del El Quinche, tras su paso por Oyacachi. Es una zona eminentemente agropecuaria, en la cual la mayor parte de la población económicamente activa hace practica de esto como sustento diario, tomando en cuenta las bondades climáticas con una temperatura promedio que va de los 12 a 16, se realizan cultivos propios de la serranía ecuatoriana, estas actividades realizadas en su mayoría se destinan hacia los mercados de la capital para su abastecimiento. Aprovechando el saltuario ubicado en esta localidad se han emprendido labores de turismo, para mejora del mismo lo que ha generado un mayor interés por este bello sector. 9
Figura 18. Ubicación de la parroquia de El Quinche
(Chiriboga Carlos, 2012)
Al hablar de Mecatrónica podemos hacer referencia a la integración de componentes de control mecánicos y eléctricos, esta referencia no solamente describe una asociación de los mismos, más allá de ello busca la combinación de cada uno de ellos de forma completa e integral. En la actualidad el diseño de muchos dispositivos como autos, máquinas-herramienta, robots, entre muchos más realizan metódicamente la integración de estos sistemas. La meta es sencilla y simple de describir, basándose en la reducción de costos brindando confiabilidad y calidad. Esto se lo realiza de principio a fin para consolidar la ingeniería mecánica, eléctrica, electrónica y de control a lo largo de todos los procesos a ejecutarse. La mecatrónica busca que estas disciplinas tengan una participación a lo largo del proyecto de manera paralela como se puede observar en la figura 19, se trata de paralelismo ya que cada uno de los componentes se realizaran al mismo tiempo si seguir un orden lineal. Para ello al iniciar el proyecto mencionaremos primero al componente mecánico, seguido del diseño eléctrico, electrónico y concluyendo con la parte que concierne a microprocesadores. Así procuraremos tener en cuenta que mecatrónica relaciona áreas de medición, mando, acción, análisis, control y microprocesadores, de tal manera que mancomunadamente todas estén presentes en el dispositivo a realizarse. Debemos tener en cuenta que trabajamos con sistemas los cuales se los puede idear como un bloque con una entrada y salida, su contenido variará en relación al trabajo que se quiera realizar. El control de este sistema será responsable de la entrada y comandara sus funciones mientras que la medición del mismo será la relación que existe entre la salida y la entrada.10
3.1. Especificaciones del sistema
28
3.2. Componente Mecánico
Dentro de las especificaciones del componente mecánico debemos considera el tamaño del depósito el cual guardara el alimento, este podrá ser metálico o plástico dependiendo de la necesidad y el gasto económico que es un factor importante, sus dimensiones van de acuerdo al tamaño del galpón y el número de aves alojadas, el mismo estará dimensionado para contener entre uno y tres quintales. La medida del canal y de la espiral que será el medio q movilice el alimento es el segundo factor a tomar, para lo cual determinamos la longitud útil que se destinara desde la tolva hasta el último comedero con un grosor adecuado, el canal será provisto por un tubo de acero el cual deberá tener las divisiones correctas para tres comederos de aluminio, con sus respectivas salidas hacia la boca de los comederos que por seguridad y utilidad se soldaran a los mismos, en los extremos del mencionado canal irán a un lado el motor de medio caballo de fuerza acoplado a un sistema de poleas para reducir la velocidad sobre un soporte que lo mantenga fijo al piso y evite daños a la estructura del canal, la polea final a la que se le transmite movimiento irá acoplado a la espiral trasportadora brindándole la fuerza y la velocidad adecuada dentro de parámetros establecidos, en el extremo contrario se unirá el tubo o canal a la tolva de manera adecuada si esta es metálica o plástica, la tolva cuenta con una abertura en el fondo para que el alimento caiga hacia el tubo el cual tiene un corte especial para que se deposite directamente en su interior y tenga contacto directo con la espiral. En la figura 20 podemos apreciar el diagrama de procesos para el componente mecánico.
3.3. Componente Eléctrico
necesario para la distribución correcta de energía para todo el galpón esto en lo que se refiere a la iluminación, el sistema electrónico y de control, el cual contiene muchos aspectos ya que está a cargo del inicio y paro del motor para el transporte automático de alimento, así como en los primeros días de vida del pollo cuando sea necesario la utilización de la lámpara infrarroja para brindar calor a los pollitos. Para poder visualizarlo de mejor manera en la figura 21 se muestra como este componente está formado en un diagrama de procesos.
3.4. Componente
Electrónico
En este caso deberemos tener presente el control de temperatura del galpón en la primera y segunda edad de los pollos. En los primeros días de vida de los pollitos requieren del calor proporcionado por las calentadoras infrarrojas, aquí deberá mantenerse un nivel de temperatura adecuado y si se diera el caso de sobrepasar los parámetros correctos se apagaran las criadoras infrarrojas hasta que se equilibre la temperatura. Posteriormente cuando los pollitos hayan crecido y lleguen a la segunda edad no necesitarán de las criadoras y el equilibrio de temperatura se brindará mediante la apertura o cierre de las cortinas automáticas, las cuales se comandaran por acción del componente de control al igual que las criadoras. Las cortinas irán coladas en las tres ventanas con las que se cuenta del galpón, se abrirán y cerrarán de manera temporizada en un horario determinado, si las condiciones climáticas varían bruscamente sea el caso de aumento o reducción de temperatura las cortinas deberán responder proporcionando un ambiente interno óptimo para los pollos, en la figura 22 se observa de mejor manera este componente.
3.5. Componente de Control
Para ello podemos contar con el uso de un PLC LOGO de siemens, el cual por su fácil uso y versatilidad es de gran utilidad para la automatización del galpón, al contar con pocas variables a controlar no requerimos de sistemas complejos los cuales nos crearían contratiempos y aun peor gastos innecesarios. Así el PLC LOGO se encargará de la calefacción para los primeros días de vida de los pollitos con un uso temporizado de acuerdo a especificaciones para la crianza de los mismos, la alimentación que es un factor clave ha sido determinada en base a un sistema de distribución por horarios en base a su tasa de crecimiento. Para el presente caso con las medidas del galpón y con el número de pollos convenido a criar no es necesario el uso de los mismos ya que después de una visita técnica se determinó que no se requiere el uso de un sistema de ventilación más que el dado por un grupo de cortinas que permitan el acceso de aire fresco. A continuación en la figura 23 se presenta l diagrama de procesos del componente de control.
3.6. Implementación
34
pared con ello podemos anclar la tubería al techo del galpón sin sujetarla por completo ya que debemos estar consciente que el extremo ira acoplado a la tolva a través de la pared.
Una vez que estos dos elementos estén en su lugar exacto podemos anclarlos de manera definitiva tanto la tubería en el techo como la tolva en el piso de cemento de la bodega. Siguiendo la implementación procedemos con el componente de hidratación el cual consta de bebederos automáticos que reciben liquido desde una cisterna ya dispuesta en el techo del galpón, mediante la caída del agua por efecto de la gravedad no necesitamos asistir a este proceso con ningún mecanismo ya que los bebederos son sensibles a la presión de líquido y no requieren una bomba que impulse el mismo. Los bebederos se colocaran a los lados de la tubería de alimento e irán sujetos al techo. A continuación realizamos la instalación del sistema eléctrico, para ello hacemos una conexión desde la acometida hacia la caja de protección que contiene los elementos fusibles para prevención de cortocircuitos, de la misma tenemos los cables que ayudaran a la iluminación, alimentación de lámparas infrarrojas si como los componentes electrónicos y de control como el caso del PLC.
3.7. Materiales
3.7.1. Materiales Componente de alimentación
Comederos
36
En este caso se contara con comederos que sean apropiados tanto para la primera edad y segunda edad, con ello nos evitamos el tener que utilizar un tipo de comedero para cada edad, por ello estos deberán tener divisiones que puedan ser apropiadas para los dos casos citados, brindando las misma prestaciones sin diferencia alguna.
Motor transportador y espiral de transporte
Este motor es necesario y pieza clave, para ello utilizamos un motor de medio caballo de fuerza y con 3400 revoluciones por minuto, el cual es vital en el proceso de la transportación de alimento desde el depósito, el mismo pude ser una tolva contenedora de alimento de metal o plástico que dependiendo de la cantidad de alimento que se desee alojar será construida, al analizar las dimensiones y numero de pollos a criar se utilizara una tolva para albergar un quintal de alimento. Al iniciar su funcionamiento el motor hará que la espiral gire, para ello no podemos acoplar el motor directamente a la espiral, esta deberá ir acoplada al motor mediante un sistema de reducción de velocidad con poleas reduciendo la velocidad a 289 revoluciones por minuto, de esta manera la espira hecha de acero al carbono con un diámetro de 3 milímetros de alambre al girar arrastrará el alimento desde la tolva hacia cada uno de los comederos.
3.7.2. Materiales del componente de hidratación
Bebederos tipo campana
Estos bebederos no requieren de ningún control externo ya que en su interior posen un sistema que mediante la acción de la gravedad regulan el paso del líquido, así cuando este se encuentre lleno por el peso del líquido depositado en su canal automáticamente detendrá el paso, su limpieza es realmente sencilla sin necesidad de ser retirado de su posición para realizarla hecho de plástico de gran durabilidad.
Criadoras infrarrojas
En la primera edad son de vital importancia, ya que al irradiar calor mantienen estable la temperatura de los pollitos, ellos al no poder mantenerla internamente estas muy expuestos, así que es obligatorio el uso de estas lámparas para salvaguardarlos. Hay llegar al tiempo determinado que marca la segunda edad es necesario retirar las criadoras. No es necesario brindar más calor a los pollos ya que son totalmente capaces de controlar su temperatura interna.
3.7.4. Materiales del componente de ventilación
Ventilación por medio de cortinas desplegables automáticas
El renovar el aire es muy importante dentro del galpón, dado que la temperatura aumenta y la calidad del aire apto para los pollos no es el adecuado, por ello se adopta un sistema de cortinas las cuales mediante su apertura permiten el ingreso de aire en horas adecuadas, dependiendo la temperatura se mantendrán abiertas o cerradas por un tiempo establecido, así mantendrán un flujo de aire y de temperatura adecuada, comandadas por el componente de control estas actuaran en función a determinados criterios.
3.7.5. Materiales del componente de control PLC
Como el nombre del sistema lo indica, estamos hablando del control del sistema en general. El PLC LOGO de Siemens es el encargado de realizar todas las operaciones ya sea en el sistema de calefacción y alimentación. El contiene la información necesaria para regir estos procesos, como ya se aclaró antes el sistema de hidratación es autónomo, y no necesita control ninguno ya que es accionado por las aves al requerir hidratarse.
El presente capítulo detalla el diseño de cada uno de los componentes del proyecto, el primer paso es la idealización de cada una de las partes que conformarán los componentes mecánicos, eléctricos, electrónicos y de control. Posteriormente se irá analizando cada uno de los aspectos que afecten a los mismos para su diseño, estos pueden ser factores económicos, de disponibilidad de espacio dentro del galpón, materiales con los que serán construidos, entre muchas más variables, con esta información se podrá realizar el dimensionamiento de piezas, partes, componentes. Complementando el dimensionamiento deberán ser realizados los cálculos para cada implemento y a continuación realizar los planos para su construcción. Dentro del diseño también se considerará la simulación del proceso, encargada por el componente de control.
4.1. Diseño del componente Mecánico
El diseño mecánico hace referencia al componente que permita la distribución del alimento desde el depósito hasta cada uno de los comederos. Como punto de partida para la realización del mismo se toman las medidas del área disponible para la implementación, estas son 2.46 m de ancho y 5.67 m de largo, con estos datos se obtiene un área total de 13.948 m2. Como se mencionó en el capítulo anterior se ubicará
un número de 9 a 11 pollos por metro cuadrado, al contar con los 13.948 m2 y 11 pollos por metro cuadrado obtenemos un total de 154 pollos
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resaltar que son de aluminio debido a que comercialmente se usa este material, no es por especificación de construcción. Estos comederos podrán alimentar hasta 70 pollos, por consiguiente es necesario contar con 3 comederos que satisfagan a las 154 aves en el galpón, el uso de un comedero adicional es innecesario ya que al momento de ingerir alimento no todas las aves lo harán además como se mantiene una distribución constante del alimento evitamos la aglomeración y estropeo de las mismas para ingerir comida.
Figura 24. Comedero de 12kg de capacidad (Chiriboga Carlos, 2012)
a una línea de distribución de agua por causas muy relevantes, la presión los dañaría, además el posible contagio de enfermedades que pudieran presentar las aves, este se propagaría a través de la tubería. Por esta razón existe un depósito destinado a contener el líquido para abastecer a cada uno de los bebederos, este se encuentra ubicado en el techo del galpón a un altura de 2.20 metros, contando con la caída suficiente para que la acción de la gravedad impulse el líquido hacia los bebederos brindando una presión adecuada para estos los cuales podemos obsérvalos de en la figura 25.
Figura 25. Bebedero plástico automático de campana
41
47
Para el transporte de alimento desde el depósito hacia cada uno de los comederos se adoptará el siguiente diseño, el cual consiste en un tubo de acero de 5 cm de diámetro con 5.15 m de longitud, de esta longitud 4.5 m estarán dentro del galpón de pollos, 15 cm atravesarán la pared de bloque y los 50 cm restantes están destinados para alcanzar la abertura de la tolva por donde desfoga el alimento. Esta última sección deberá ser trabajada de acuerdo al corte realizado en la base de la tolva contando con las mismas dimensiones para luego ser acoplado mediante un molde fabricado en chapa metálica el cual abrazará el tubo y lo fijara con la base de la tolva mediante remaches, esto se visualiza en la figura 29.
Siguiendo con el diseño de la tubería es necesario hablar del otro
extremo, el que irá dentro del galpón de pollos, para ello se debe tomar en cuenta que esta línea de distribución es la vía para el depósito de
alimento desde la tolva hacia 4 comederos, por lo cual deberán realizarse 4 cortes en los que posteriormente se soldaran 4 secciones de tubo con el mismo diámetro que la línea principal de tubería, de ellas serán utilizadas tres secciones quedando una libre, la sección libre contará con un tapón y por medio de ella será posible verificar la cantidad de alimento que se distribuye. Como anteriormente se explicó los comederos deben adoptar la altura que los pollos poseen a medida que crecen, por ello en la sección de tubería dispuesta para cada comedero se realizarán
53
A continuación resta el diseño de la modificación de los comederos, un comedero común de aluminio no podrá ser utilizado directamente para este componente, por ello se deberá soldar una sección de tubo de 5 cm de diámetro a 4 barras de aluminio de 4 mm de diámetro, las cuales en su otro extremo se soldaran a la campana del comedero ubicada que en la parte superior interna. Esto hace posible al comedero que se acople con la tubería de distribución. En la figura 32 se encuentra el diseño de esta descripción. Una vez listo esto es importante empezar el diseño del mecanismo que permita el transporte del alimento. Este se proporcionará mediante un motor, un sistema de poleas y un resorte que cumple la función de tornillo de Arquímedes. Como punto de partida se analizará el motor, a su eje se acoplará una polea, la misma que transmitirá el movimiento a una segunda polea de mucho mayor tamaño por medio de una banda de transmisión, con esto se crea un sistema reductor de velocidad que provee el torque y la velocidad necesaria. El motor presenta una velocidad de 3400 r.p.m. y una potencia de 0.5 hp. Tomando en cuenta las medidas de las poleas podemos hacer los siguientes cálculos:
Cálculos de velocidad:
Calculo para el torque:
Para realizar este cálculo es necesario utilizar la constante 5252 rpm, esta nace de la concepción del caballo fuerza, el mismo que tras varios experimentos fue determinado por James Watt, esto consistía en que un caballo con velocidad de un metro por segundo podía levantar la cantidad de 550 libras, por lo tanto la relación de caballo fuerza es 550 libras-pie por segundo, al hacer un equivalente para este cálculo se debe tener presente que las revoluciones del motor se dan por minutos, por ello se multiplica este valor por 60, obteniendo 33000 libras-píe por minuto. Con ello se establece la siguiente relación:
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Esto indica que el par de un motor, así como sus curvas de potencia se cruzará en 5252rpm. Con esta constante se puede hallar el torque del motor basándose en sus caballos de fuerza y las revoluciones por minuto.11
Así está establecido el factor de velocidad y potencia a trasmitir, a continuación se deberá contar con el soporte para el motor y las poleas, este será construido con tubo cuadrado de acero de 2mm de espesor y tol galvanizado, al igual que los anteriores diseños las uniones de las piezas se fijaran con suelda de arco con electrodo revestido, todo este diseño formará una mesa anclada al piso que reduzca al mínimo cualquier movimiento producto del arranque del motor, además de las vibraciones inherentes a este proceso, cabe aclarar que la distancia entre las poleas no es una distancia estática sino ajustable, puesto que el medio de transmisión de velocidad y potencia es una banda fabricada con caucho y puede presentar deformaciones a medida que se la va usando, por consiguiente como se puede observar en la figura 33 la mesa presenta cortes para que el motor puede ser desplazado y de esta manera se regule la tensión en la banda, así como se describe el diseño del soporte del motor en su vista frontal y el sistema reductor de velocidad en su vista
11G. Enríquez. (2004). El libro práctico de los generadores, transformadores y motores
eléctricos. México. Limusa.
4.2. Diseño del componente Eléctrico
Este tema describe todo lo concerniente para el diseño para del flujo eléctrico, la protección del mismo contra corto circuitos, la instalación de distintos implementos tales como la iluminación en el interior del galpón, bombillas infrarrojas, los toma corrientes, la alimentación y protección del motor, del componente de control. Al realizar este diseño el punto de partida es la acometida del medidor de energía eléctrica, el cual se lo puede observar en la figura 37, ya que este es para uso domiciliario se cuenta con una distribución monofásica de 120 V(AC), 60 Hz, I de 15 A e Imax de 100 A.
Figura 37. Medidor de energía eléctrica de uso domiciliario
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sobrepasar la corriente para la cual está determinado a funcionar. Para ello se debe contar con los valores de potencia totales del circuito y mediante la ley de ohm se realiza el cálculo de la corriente que deberá soportar el ICP por medio de la siguiente formula:
Donde P es la potencia mediad en watts (W), V es el voltaje medido en voltios (V) e I la intensidad de corriente medida en amperios (A)
De la cual despejamos la corriente obteniendo:
Por ello es importante conocer la potencia de los elementos que intervienen en cada circuito.
Figura 38. Breaker eléctrico (Chiriboga Carlos, 2012)
4.2.1. Circuito de protección para iluminación
apagado, en la figura 39 se puede visualizar el circuito con un diagrama de principio. A partir de este circuito se realiza el dimensionamiento del breaker a utilizar, se cuenta con dos bombillas eléctricas cada una de 60 watts alimentadas con 120 V(AC), con esta información realizamos los siguientes cálculos:
Datos:
65
- 5 - 7,5 - 10 - 15 - 20 - 25 - 30 - 35 - 40 - 45 - 50 y 63 A, se usaría un breaker de 1.5 amperios. Como está claro este circuito es muy sencillo y no requiere de un conductor que resista voltajes y corrientes altas por ello se lo implementará con cable conductor número 14 AWG, las boquillas donde se introducirán las bombillas eléctricas no requieren de un material en especial, la única característica a resaltar es que debe poseer un plato en la base el cual ayude a atornillarla en la viga o a su vez en un cajetín. El interruptor se encontrará atornillado a la pared al lado derecho de la puerta de acceso en el interior del galpón, a una altura de 1.20 m y a 50 cm de espacio en relación a la puerta. Todo el cableado estará alojado dentro de manguera plástica de media pulgada, también tendrá dos cajetines para las boquillas de los bombillos eléctricos, los cuales también ayudaran para empalmes y paso del cableado, se utilizara un cajetín extra el cual será el paso de la línea principal de cables y empalmes, en la figura 40 se puede apreciar el diagrama unifilar de este circuito, en el cual se observan los elementos y el número de cables que se encuentran en el interior de cada manguera.12 También se debe tener en cuenta la protección para las bombillas infrarrojas que son parte del control de temperatura, estas se encenderán en el momento en el que la temperatura decaiga, ayudando a equilibrar el ambiente interno de galpón, cada una de ellas tiene la capacidad de brindar calor a 100 pollitos, las bombillas poseen 250W de potencia, y 120 V. Para elegir el ICP correcto se realiza el siguiente cálculo:
Datos:
Cálculos para encontrar la corriente
12 Martín,R.A., Colmenar, A.,Braojos, F.J.(2002). Guía práctica de electricidad y electrónica II
67
Con este valor ya se tiene un parámetro para dimensionar el ICP a 5 amperios, el conductor a utilizar es el numero 12 AWG.
4.2.2 Circuito de protección para tomas de corriente
Este circuito albergará una toma de corriente, esta podrá ser utilizada para trabajos dentro del galpón que requiera de energía eléctrica, con un máximo de 15 amperios y 1800 W, se utilizara un cable numero 12 AWG, a continuación en la figura 41 se muestra el diagrama circuital y unifilar.
4.2.3. Circuito de protección para motor de trabajo
Figura 42. Motor de trabajo
A continuación se realizan los cálculos para el dimensionamiento del ICP:
Datos:
Cálculos para encontrar la corriente
Al arrancar el motor se realiza la lectura de corriente de arranque, que es distinta a la corriente de trabajo que en este caso es de 3.08 A, la corriente
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4.2.4. Circuito de protección para PLC
La protección para el PLC LOGO será provista por un ICP de 6 A, además de este contará con un fusible de 2.5 amperios, debido a que la fuente del mismo opera a esta valor de corriente.
4.3. Diseño del componente Electrónico
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Al hablar de renovación de aire esto refiere a restituir el aire contenido en el interior del galpón con aire libre de contaminaciones, cabe resaltar que producto de la respiración las aves despiden dióxido de carbono, este es perjudicial para su salud al ser inhalado en grandes dosis, por este motivo todos los días desde las 12:00 h hasta las 15:00 h se dará lugar la renovación del aire.
4.3.1. Cortinas automáticas
ruido, posee protección al exceso de temperatura, además de la posibilidad de trabajar con fuentes separadas. En la figura 45 se puede observar la configuración del integrado. Como se aprecia en la figura 45, este circuito integrado posee 16 pines, los cuales se describen a continuación en la tabla 2 y 3.
Figura 45. Circuito integrado L293D
(Chiriboga Carlos, 2012)
Símbolo Significado Valor máximo
Vs Fuente de voltaje de alimentación de motores 36 V
Vss Fuente de voltaje de alimentación de la lógica 36 V
Vinh Voltaje de entrada 7 V
Iout Corriente pico de salida 2 A
Pout Disipación de potencia 5 W
Tabla 2. Símbolo, significado y valor de los pines representativos del circuito
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Tabla 3. Distribución de pines del circuito integrado L293D.
Para la alimentación de este integrado se requiere de 5 VDC, pero hay un detalle importante, el cual es la corriente, al contar con los tres motores para cada una de las cortinas de 0.4 A y de 6 a 9 VDC cada uno, se requerirá de dos fuentes, una para la alimentación de los integrados, y otra para la alimentación de motores. Por ello se toma de la fuente principal del LOGO de 24 VDC y 2.5 A, dos salidas para dos fuentes, una de 5 VDC y otra variable de 6 a 9 VDC, ambas variables, esto con la finalidad de hacer más fácil de calibrar el voltaje de salida. Para esto se usará el encapsulado LM317, el cual es un estabilizador de voltaje, muy fácil de usar, ya que cuenta con tres pines, uno para el voltaje de entrada,
Pin Función
1 Habilitación del puente 1
2 Entrada del amplificador 1
3 Salida del amplificador 1
6 Salida del amplificador 2
7 Entrada del amplificador 2
8 Fuente de alimentación motores
9 Habilitación del puente 2
10 Entrada del amplificador 3
11 Salida del amplificador 3
14 Salida del amplificador 4
15 Entrada del amplificador 4
otro para el voltaje de salida y finalmente otro pin para el ajuste. En la figura 46 se presenta el encapsulado.
Figura 46. Regulador de voltaje LM317 y conexión para regulación de voltaje
(Chiriboga Carlos, 2013)
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voltaje de salida se da mediante el par de resistencias R1 y R2, por convención se da valor a R1, esta será una resistencia de 10KΩ y R2 se la calcula de la siguiente manera:
Para este cálculo es necesario tener presente que la entrada de voltaje debe ser mayor en 1.2 V al voltaje de salida que se desea obtener, ya que internamente el voltaje del pin Adj es comparado con una voltaje Vref.
Calculo para 5 V de salida:
R1= 10KΩ
R2= Dato a calcular
Vref= 1.2V
Vout=5V
)
Calculo para 9 V de salida:
R1= 10KΩ
R2= Dato a calcular
Vout=9V
)
Estos valores de resistencias al no ser comunes en el ámbito comercial, se pueden obtener al utilizar una resistencia variable de 10KΩ.
83
87
4.3.2. Bombillas calefactoras.
Con esto está listo el componente que ayudará a la ventilación, siguiendo con el control de temperatura es necesario mencionar que los pollitos deben contar con una fuente de calor externa, esto se brinda con bombillas infrarrojas las cuales los mantendrán calientes, en caso de subir la temperatura se accionara el mecanismo de cortinas para reducir la temperatura y equilibrar la misma. En la figura 51se puede observar la bombilla infrarroja la cual requiere de 120 V(AC) con 250W c/u se utilizaran dos, ya que cada una sirven para brindar calor a 100 pollitos. 13
Figura 51. Bombilla infrarroja para crianza de aves
(Chiriboga Carlos, 2012)
Estas bombillas infrarrojas se implementarán a una altura de 1.05 m del piso, bajo las platinas que fijan la tubería de alimentación al techo, como se mencionó anteriormente, estas se encargarán de aportar el calor necesario a los pollos cuando la temperatura decaiga. Para la activación de estas bombillas es necesario un circuito electrónico. El cual al recibir la orden del PLC las encendecerá o apagará dado el caso correspondiente. Para accionar las bombillas es necesario un circuito que manipule un relé y por medio de este controlen las bombillas, de igual manera se procederá para el control del motor de trabajo mediante el circuito mostrado en la figura 52.
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4.3.3. Sensor PT100
En cuanto al control de temperatura, este no podría realizarse sin la intervención de un sensor el cual permita contar con un registro de la temperatura ambiente dentro del galpón, para este caso se utilizará el sensor Pt100, el cual con el aumento o decremento térmico varia su resistencia interna y esta se refleja con un equivalente en grados de temperatura, con ellos se trabajará digitalmente y a su vez esta señal será reconocida por el PLC, ya que es el encargado de controlar todo el proceso. En la figura 53 se aprecia la forma física del sensor.14
Figura 53. Sensor térmico Pt100.
Este sensor posee en su interior un bobinado fino de platino que alterna con capas aislantes y revestidas en cerámica, este material metálico cuenta con un coeficiente térmico cuya resistencia se la conoce como α, esta característica es la que varía acorde a la temperatura, para una mejor comprensión se la puede estudiar mediante la siguiente ecuación:
Teniendo en cuenta:
Ro= resistencia medida en Ω (ohms) a 0°C Rt=resistencia en Ω (ohms) a t°C
T=temperatura actual
α=coeficiente de temperatura de la temperatura cuyo valor entre 0°C y 100°C es de 0.003850 Ωx(1/ Ω)x(1/°C) para la escala de Práctica de Temperaturas Internacionales (ITPS68)
El incremento de temperatura y resistencia no es lineal pero si creciente, como se lo puede observar en la figura 54.
Figura 54. Gráfico de incremento de temperatura en el sensor Pt100
Existen varios tipos de sensores Pt100 a continuación se aprecian dos ejemplos de conexión para dos hilos y cuatro hilos en las figuras 55 y 56.
Figura 55. Conexión a dos hilos de Pt100
91
Es importante tener claro que las resistencias Rc (resistencias de los cables), se van a unir a la resistencia total del Pt100 dando un error inevitable, por ello en lugar de obtener una Rt, se tendrá una Rt + Rc1+Rc2 en el caso de dos cables y Rt + Rc1 +Rc2+Rc3+Rc4 si se cuenta con cuatro cables, por ello una solución sería la selección de cable lo más grueso posible, para disminuir las Rc que actúen en la medición. Dado un ejemplo, si se realizaría una medición y se obtendría 90°C, una Rt de 134.7 ohmios, sin contar con la Rc1 de 1.3 ohmios y Rc2 de 1.2 ohmios, variaría la Rt a 137.2 ohmios por consiguiente la temperatura medida también incrementaría, dándose un error de lectura a 96°C, por ello es necesario en toda medición conocer el valor resistivo de los cables y descontar este valor a la resistencia total. 15Con esto se menciona el
mecanismo que permite la regulación de la temperatura, su diseño y los elementos participes del mismo, ya que el control de este componente y de todo los actuadores esta brindado por el PLC LOGO.
4.3.4. Sensores de proximidad.
Posteriormente se debe tener presente el control de la distribución de alimento, la cual se realizará por medio del motor de trabajo a través de la tubería, el motor transmitirá movimiento al resorte y arrastrará el alimento desde la tolva donde está depositado el mismo hacia cada uno de los comederos. El alimento será distribuido automáticamente a cada uno de los comederos, el método para determinar si estos están o no llenos, es mediante sensores, el sensor a utilizar es un switch infrarrojo de proximidad, el cual se observa en la figura 57. Para el proceso de alimentación se colocará este sensor de proximidad infrarrojo en cada comedero, el cual posee un interruptor ajustable fotoeléctrico, cuya distancia de detección es regulable de 3 a 80 cm.
15
Figura 57. Sensor de proximidad infrarrojo
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4.4. Diseño del componente de Control
El diseño de control está encargado de realizar las acciones tanto del componente mecánico como del componente electrónico, ya que la distribución de alimento y el control de temperatura son los componentes que realizan el trabajo autónomamente. Como primer paso se debe tener en cuenta el control térmico, el cual presentará un máximo y mínimo de temperatura los mismos que serán los rangos que servirán de guía para las acciones a realizarse. Este control consiste en la apertura y cierre de las cortinas para permitir el ingreso de aire con menor temperatura dado el caso de que esta incremente dentro del galpón, en el caso que la misma descienda se prenderán las bombillas infrarrojas para aumentar la temperatura ambiente al nivel deseado. La distribución del alimento se dosificara por medio del componente mecánico cada determinado tiempo. El medio de control que comandará las acciones autónomamente se presentará a continuación.
4.4.1. PLC LOGO 12/24 RC
controles para ventilación, bombas para agua potable, invernaderos, implementación de máquinas pequeñas de uso industrial, esto de entre muchas otras posibles aplicaciones.
Figura 60. Características PLC LOGO 12/24 RC
(Chiriboga Carlos, 2012)
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operaciones basándose en el programa cargado y esto viéndose reflejado en las salidas como resultado.
En el caso de necesitar un mayor número de entradas y salidas es posible acoplar módulos para realizar operaciones más grandes. La manera de alimentar el PLC es mediante su fuente la cual provee los valores necesarios de voltaje y corriente apto para su correcto funcionamiento con 24 V(DC) / 1.3 A, a continuación en la figura 61 se muestra la fuente de voltaje.
Figura 61. Fuente para PLC LOGO 12/24 RC
Para la instalación del PLC LOGO 12/24 RC se deberá montarlo a presión sobre un soporte de 35 mm de ancho esto de acuerdo a la norma DIN EN 50022, el soporte se encontrará en la pared del lado oeste del galpón, a una altura de 1.60 m, el cable para la implementación deberá ser de sección adecuada, este PLC soporta cables con una sección de 1.5mm2 a
2.5 mm2 los cuales deberán ser ajustados con cuidado para no dañar la
integridad física del mismo.
Al ser instalado se puede dar inicio a la programación del PLC, para ello es necesario tener presente los factores a controlar como son:
En el primer caso para la distribución del alimento se contará con el componente mecánico, el cual hará la función de medio de transporte valiéndose del motor de trabajo como actuador eléctrico para realizar este proceso, en la figura 57 se muestra el sensor que permitirá realizar este trabajo, como se mencionó anteriormente, el sensor de proximidad detectará la presencia de alimento, enviara la señal al PLC y este activará el actuador eléctrico al ser necesario. Para el control de temperatura del galpón, el PLC recibe la información captada del sensor Pt100, que al variar su resistencia producto del cambio interno de temperatura ofrece una escala en ohmios equivalente al valor en grados centígrados, con la cual se puede determinar un valor mínimo y máximo para la crianza optima de los pollos, este valor se observa en la tabla 1. Con esta tabla se fijan los rangos anteriormente mencionados de temperatura, además los días en los que se deberá disminuirla, esto debido a que los pollos al crecer son capaces de manejar de mejor manera su temperatura corporal, a medida que aumentan de tamaño y peso requieren una menor temperatura, así de un tope máximo de 32°C bajará a 22°C. Al contar con la lectura de la temperatura ambiente mediante el sensor Pt100, es posible realizar procesos dentro del galpón, esto para mantener un ambiente térmico equilibrado, por ello se deben mantener dos condiciones muy claras, cuando la temperatura sea mayor al límite máximo y cuando esta sea menor al límite mínimo establecido.
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calor, por ello en las cuatro etapas se toma el valor promedio de temperatura y se resta 5 grados, así se obtendrá el nivel crítico de temperatura a corregir.
4.4.2. Módulo análogo de expansión AM2 PT100
Este módulo adicional al PLC LOGO para señales análogas se lo puede utilizar con termo resistencias tales como PT100 y PT1000. Siendo capaz de reconocer señales de 0 – 10 V / 0 - 20 mV, permite la conexión directa del sensor PT100 sin necesidad alguna de implementar otro circuito adicional. Dentro de las características principales de este módulo están:
• Voltaje de entrada de 24 VDC.
• Consumo de corriente de 25 a 50 mA. • Terminal para conexión a tierra.
• 2 entradas para sensores de temperatura. • Conexión del sensor a 2, 3 y 4 hilos.
• Rango de medida de temperatura desde los -50 °C a 200 °C, su equivalente en grados Fahrenheit desde los -58°F a 392 °F.
• Margen de error de medición de +/- 1.0% en medición de 0 °C a 200 °C.
Figura 62. Apariencia física del módulo AM2 PT100
Figura 63. Conexiones del sensor a 2,3 y 4 hilos.