REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD PRIVADA DR. RAFAEL BELLOSO CHACÍN FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA MENCIÓN: AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL
SISTEMA AUTOMATIZADO PARA EL CONTROL DE PLANTA DE PROCESAMIENTO DE DESECHOS SÓLIDOS CON BASE EN
MICROCONTROLADORES
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE:
INGENIERO EN ELECTRÓNICA
PRESENTADO POR:
Br. ALBORNOZ, ALONSO.
Br. LEAL, JUAN.
TSU. RAGA, HENDRICK.
ASESORADO POR:
Ing. González, José. Msc.
Dr. Caraballo, Ricardo.
MARACAIBO, ABRIL 2013
SISTEMA AUTOMATIZADO PARA EL CONTROL DE PLANTA DE PROCESAMIENTO DE DESECHOS SÓLIDOS CON BASE EN
MICROCONTROLADORES
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DEDICATORIA
Esta tesis se la dedico principalmente a Dios por darme la paciencia necesaria en los momentos difíciles y por permitirme dar este paso en la vida que espero sea el comienzo de muchas bendiciones.
Se la dedico a mis abuelos Jairo Albornoz y Carmen Villasmil que me han apoyado en todas las etapas de mi vida, a mis padres Alonso Albornoz y Nelly Morales que me han enseñado a nunca rendirme, a mis hermanos Bryan Abreu, Andrés Albornoz, Diego Albornoz, Sebastián Albornoz y Camila Albornoz. Son mi mayor motivación.
ALBORNOZ ALONSO Esta tesis se la dedico primordialmente a Dios padre creador, la gloria es para ti, sin ti ninguno de nosotros estaríamos aquí, segundo a TODA mi familia a mis abuelas María Muñoz, Aura Agüero a mis abuelos que me ven desde el cielo José Muñoz, Juan Leal, les doy las gracias a ellos por darme el mayor tesoro de mi vida que son mis padres Magaly Muñoz y Luis Leal, gracias por ser los mejores padres del mundo, no me alcanzara la vida para darles todo el amor que se merecen, todas mis metas y triunfos son para ustedes.
Se la dedico también a mis hermanas hermosas Génesis Leal y Yeniree Leal, muy especialmente dedicada a Alicia Mora que me ve desde el cielo, TE AMO!.
Y por último pero no menos importantes a mis tías Alexy Muñoz, Judy Muñoz, Carmen Muñoz, Teresa Muñoz, mis segundas madres no hay palabras para describir lo agradecido que estoy con ustedes,
LEAL JUAN Esta tesis la dedico primeramente a mis Padres Ernesto Raga y Maritza de Raga, quienes me dieron la vida, el ejemplo de trabajo y el apoyo incondicional en el logro de todas mis metas seculares.
También la dedico a mi amada esposa Lilian Sánchez por su paciencia, su amor, su compañía y fortaleza constante durante el lapso de mi carrera universitaria.
A mis hijos Samuel, Sariah, Marian y Salomón, por ser mi razón de superación y perseverancia.
A mi Padre Celestial por darme la salud y entendimiento para alcanzar esta meta temporal.
RAGA HENDRICK
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AGRADECIMIENTOS
Principalmente agradecemos a Dios por permitirnos llegar a esta etapa tan importante de nuestras vidas, como lo es recibir un título universitario de ingeniería en electrónica, mención: automatización y control.
Agradecemos a nuestros padres, por brindarnos el apoyo necesario para poder alcanzar cada una de las metas que nos hemos propuesto en nuestra vida.
Agradecemos a nuestros familiares por los favores brindados a lo largo de esta carrera, es importante mencionar a los compañeros y amistades logradas durante estos diez trimestres quienes fueron un apoyo importante en la ejecución de todos los compromisos académicos asignados
Por último, un gran agradecimiento a la Universidad Privada Dr. Rafael Belloso Chacín, y a todo su personal, por asumir su compromiso con el cuerpo estudiantil en cuanto a la formación académica se refiere, por facilitar sus instalaciones y esmerarse en el mantenimiento de las mismas.
Gracias a todo lo antes mencionado ha sido posible alcanzar esta meta.
Gracias.
Albornoz Alonso, Leal Juan, Raga Hendrick. Sistema automatizado para el control de planta de procesamiento de desechos sólidos con base en microcontroladores. Universidad Privada Dr. Rafael Belloso Chacín.
Facultad de Ingeniera. Escuela de Electrónica. Mención Automatización y control. Maracaibo, 2013
RESUMEN
El objetivo general de la investigación es desarrollar un sistema automatizado para el control de planta de procesamiento de desechos sólidos, con base en microcontroladores. Está investigación presenta el aporte teórico de los autores Lembke (1998), Ogata (2003), Piedrafita (2004), entre otros. Fue establecida como una investigación de tipo proyectiva, descriptiva, tecnológica, de campo, no experimental, y transversal y la técnica utilizada para la recolección de datos fue la observación directa. El enfoque metodológico de la investigación estuvo basado en las consideraciones de Ángulo (1984), a través del uso de fases propuestas. Dichas fases fueron:
Fase I, definición de las especificaciones; Fase II, esquema general del hardware; Fase III, ordinograma general; Fase IV, adaptación entre el hardware y el software; Fase V, ordinogramas modulares y codificación del programa, Fase VI, implementación del hardware, Fase VII, depuración del software, Fase VIII, integración del hardware con el software, Fase IX, construcción del prototipo definitivo y las pruebas finales. Los resultados de la investigación demostraron que a través de los microcontroladores se puede establecer un sistema conformado por diferentes dispositivos capaces de recibir desechos sólidos y realizar un proceso de separación en forma automática, cumpliendo así con los requerimientos de manipulación de estos desechos para la protección del medio ambiente y salud del ser humano, a su vez se establecen las bases para la creación de plantas automatizadas de procesamiento de desechos sólidos.
Palabras claves: sistema, desechos, automatización, control, microcontroladores
ix
Albornoz Alonso, Leal Juan, Raga Hendrick. Automated system to control the solid waste processing plant, using micro controllers..
Private University Dr. Rafael Belloso Chacin. Faculty of Engineering.
School of Electronics. Mention Automation and Control. Maracaibo.
2013.
ABSTRACT
The general objective of this rersearch is to develop an automated system to control the solid waste processing plant, using micro controllers. This research is based upon the theoretical contribution of well-known authors, such as, Lembke (1998), Ogata (2003), Piedrafita (2004), among others. It was established as a type of projective, descriptive, technological, non- experimental and tranversal field research and the technique employed to collect the data was direct observation. The methodological approach of this research was based on Ángulo's consideration (1984), by using proposed phases. Such phases included: Phase I, definition of specifications; phase II, hardware general scheme; Phase III, general flowchart; phase IV, adaptation between hardware and software; Phase V, modular flowc harts and codification of the program; phase VI, hardware implementation; phase VII, software cleansing; phase VIII, hardware and software integration; phase IX, construction of the definite prototype and ultimate tests. The results of this research demonstrated that by implementing micro controllers, a system conformed by different devices capable of receiving solid waste and performing an automatic separation, can be established, thus meeting the requirements needed to manipulate this waste so our environment and the health of the human resources involved in such process can be protected.
Furthermore, the foundations for the creation of automated solid waste processing plants have been established.
Keywords: system, waste, automation, control, microcontrollers.
ÍNDICE GENERAL
CONTENIDO PÁGINA
VEREDICTO………...iii
DEDICATORIA………..vi
AGRADECIMIENTOS………..vii
RESUMEN……….viii
ABSTRACT……….………...ix
ÍNDICE GENERAL……….x
ÍNDICE DE FIGURAS……….xiii
ÍNDICE DE CUADROS………...xv
INTRODUCCIÓN………1
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA……….4
1. DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN OBJETO DE ESTUDIO………4
1.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA………..8
2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN………..8
2.1. OBJETIVO GENERAL………9
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS………..9
3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN………..9
4. DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN………..11
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO………14
1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN……….14
xi
2. BASES TEÓRICAS………21
2.1. SISTEMA……….21
2.1.1. DEFINICIÓN………..21
2.1.2. CLASIFICACIÓN………...21
2.1.3. CARACTERÍSTICAS………23
2.2. AUTOMATIZACIÓN………24
2.2.1. DEFINICIÓN………...24
2.2.2. CLASIFICACIÓN………...24
2.3. CONTROL DE PROCESOS……….25
2.3.1. DEFINICIÓN………..26
2.3.2. MODOS DE CONTROL………27
2.3.3. CARACTERÍSTICAS………29
2.3.4. VARIABLES DE UN SISTEMA DE CONTROL………31
2.4. SISTEMAS AUTOMATIZADOS………32
2.4.1. ESTRATEGIAS………..33
2.4.2. CARACTERÍSTICAS………...…….………35
2.5. PROCESAMIENTO………37
2.5.1. DEFINICIÓN………..37
2.6. DESECHOS SÓLIDOS………..37
2.6.1. DEFINICIÓN………...38
2.6.2. CLASIFICACIÓN………...38
2.6.3. PROCESAMIENTO DE LOS DESECHOS SÓLIDOS……….40
2.7. MICROCONTROLADORES……….40
2.7.1. DEFINICIÓN………..41
2.7.2. CLASIFICACIÓN………..41
2.7.3. CARACTERÍSTICAS………42
2.8. COMPONENTES Y EQUIPOS ELÉCTRICOS………44
2.9. CIRCUITOS ELÉCTRICOS………..………..45
2.10. CORRESPONDENCIA HARDWARE – SOFTWARE……….45
3. DEFINICIÓN DE LAS VARIABLES……….46
3.1. DEFINICIÓN NÓMINAL………..46
3.2. DEFINICIÓN CONCEPTUAL……….46
3.3. DEFINICIÓN OPERACIONAL………47
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO………50
1. TIPO DE INVESTIGACIÓ N………...50
2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓ N………...52
3. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE LOS DATOS………...53
4. POBLACIÓN………54
5. METODOLOGÍA UTILIZADA………54
6. CUADRO Y CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES……….58
CAPÍTULO IV. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS………..………67
1. ANÁLISIS Y DISCUSIÓ N DE LOS RESULTADOS………..67
CONCLUSIONES……….88
RECOMEDACIONES………..91
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS……….94
ANEXOS………97
A. LÓGICA DE PROGRAMACIÓN PARA EL PROTOTIPO………..99
B. INSTRUMENTO DE VALIDACIÓN POR EXPERTOS……….106
C. PROTOTIPO FINAL………...111
D. CIRCUITO ELECTRÓNICO FINAL……….113
xiii
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURAS PÁGINA
1. Diagrama de bloques funcionales………..69
2. Diagrama de flujo………..70
3. Verificación de desechos en banda transportadora………71
4. Nivel en el tanque principal……….71
5. Verificación de nivel en tanques de separación………..72
6. Arranque de banda transportadora, ventilador y paletas………...73
7. Rutina de tiempo………...…74
8. Interrupción para válvulas de descarga………74
9. Activación y desactivación de válvulas de descarga………..75
10. Activación de bombas………..75
11. Diagrama de pines PIC16F877A………76
12. Circuito oscilador………..77
13. Circuito de Reset…..………77
14. Banda transportadora y motor ventilador de 24Vdc………78
15. Motor de pasos bipolar de 12 Vdc……….78
16. Circuito Integrado L293B……….79
17. Puente en H L293B………..79
18. Motor de 110 Vac y paletas impulsadoras………80
19. Circuito controlador de motor de pasos………81
20. Circuito controlador de relés………...81
21. Solenoide de 12 Vdc………82
22. Bomba de agua de 12 Vdc………..82
23. Circuito de potencia para bombas y solenoides de 12Vdc………83
24. Motor 12Vdc………..83
25. Circuito variador de velocidad para motor DC……….84 26. Programador de PIC modelo 1051AQB……..……….85 27. Circuito electrónico final………..85
xv
ÍNDICE DE CUADROS
CUADROS PÁGINA
1. CUADRO DE ACTIVIDADES………..58 2. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES. Mayo – Agosto 2012…….………..61 3. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES. Septiembre – Diciembre 2012…..63 4. OBSERVACIÓN. LISTA DE VERIFICACIÓ N………...65
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo de grado, tiene como tema de investigación un sistema automatizado para el control de planta de procesamiento de desechos sólidos con base en microcontroladores, la clasificación de desechos sólidos actualmente es un proceso de suma importancia para la humanidad, debido al grado de contaminación que existe en el medio ambiente por causa de dichos desechos, por la falta de reciclaje, y por la disminución de los vertederos de basura en nuestro país.
Este tema fue seleccionado para dar solución al problema de la clasificación de los desechos sólidos con la ayuda de los microcontroladores debido que actualmente en Venezuela no se reciclan ni se clasifican estos desechos, siendo estos arrojados a los vertederos contaminando el medio ambiente. El propósito fundamental de esta investigación es lograr automatizar la clasificación de los desechos sólidos y lograr su separación para su posterior proceso de reciclaje.
El presente trabajo se encuentra estructurado por cuatro capítulos, los cuales representan la forma en la que se encuentra dividida la investigación en desarrollo. Estos capítulos son los siguientes: Capítulo I, El Problema, donde se específica la problemática relacionada con la contaminación ambiental producida por la falta de procesamiento de los desechos sólidos, los objetivos de la investigación, la justificación, y la delimitación de la
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Investigación. Capítulo II, Marco Teórico, donde se relacionan investigaciones realizadas anteriormente con el proyecto a desarrollar, aquí se definen una serie de términos básicos los cuales son utilizados en la investigación y; por esto , es necesario conocerlos. Capítulo III, Marco Metodológico, en este capítulo se describen los fundamentos metodológicos y los pasos que hay que llevar a cabo, para el desarrollo de los objetivos de la presente investigación, se describe el tipo de investigación, técnicas de observación, instrumentos de recolección de datos y metodología utilizada.
Capítulo IV, Resultados de la Investigación, en este capítulo se definen y explican cada una de las fases metodológicas aplicadas en la presente investigación, como serán desarrolladas, y las características importantes en cada una de ellas.
