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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA EMBEBIDO PARA CONTROL DE TEMPERATURA Y HUMEDAD RELATIVA EN CRIADERO DE POLLOS DE ENGORDE

CRISTIAN CAMILO MERA CHILITO Cód.: 1115346

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA CALI FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA SANTIAGO DE CALI 2016 1

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA EMBEBIDO PARA CONTROL DE TEMPERATURA Y HUMEDAD RELATIVA EN CRIADERO DE POLLOS DE ENGORDE

CRISTIAN CAMILO MERA CHILITO Cód.: 1115346

PROYECTO DE GRADO

ING. VLADIMIR TRUJILLO OLAYA, PhD. Director de proyecto

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA CALI FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA SANTIAGO DE CALI 2016 2

Contenido 1.

2.

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................ 6 1.1.

DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ................................................................................................ 8

1.2.

JUSTIFICACIÓN ..................................................................................................................... 9

1.3.

OBJETIVOS .......................................................................................................................... 11

1.3.1.

GENERAL .................................................................................................................... 11

1.3.2.

ESPECIFICOS ............................................................................................................... 11

MARCO REFERENCIAL ................................................................................................................ 12 2.1.

2.1.1.

ENFERMEDADES COMUNES EN POLLOS DE ENGORDE ............................................. 12

2.1.2.

VARIABLES A CONTROLAR EN EL CRIADERO DE POLLOS ........................................... 15

2.2.

3.

PAÍSES EN DESARROLLO ............................................................................................. 20

2.2.2.

SISTEMAS DE ALOJAMIENTO DE AVES EN PAISES EN DESARROLLO.......................... 21

DISEÑO DE LA AUTOMATIZACION PARA CRIADERO DE POLLOS DE ENGORDE ........................ 23 SISTEMA DE CONTROL ....................................................................................................... 23

3.1.1.

LAZO DE CONTROL DE TEMPERATURA ...................................................................... 24

3.1.2.

LAZO DE CONTROL DE HUMEDAD RELATIVA ............................................................. 24

3.1.3.

CONTROLADOR TEMPERATURA Y HUMEDAD ........................................................... 25

3.2.

DISEÑO ELÉCTRICO DE NUESTRO PROTOTIPO ................................................................... 30

3.2.1.

PLANO ELECTRICO DE POTENCIA DE NUESTRO PROYECTO....................................... 30

3.2.2.

PLANO ELECTRÓNICO TARJETA DE CONTROL ............................................................ 31

3.2.3.

DISEÑO DE PCB DE LA TARJETA DE CONTROL ........................................................... 32

3.3.

5.

MARCO GEOGRAFICO ........................................................................................................ 20

2.2.1.

3.1.

4.

MARCO CONCEPTUAL ........................................................................................................ 12

DESARROLLO DE SOFTWARE.............................................................................................. 33

3.3.1.

ARDOS ........................................................................................................................ 33

3.3.2.

APP ANDROID ............................................................................................................. 36

IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA ............................................................................................... 40 4.1.

ESTRUCTURA DEL PROTOTIPO ........................................................................................... 41

4.2.

ELEMENTOS DE CALEFACCIÓN ........................................................................................... 41

4.3.

ELEMENTOS DE HUMIDIFICACIÓN ..................................................................................... 42

4.4.

ELEMENTOS DE VENTILACIÓN ........................................................................................... 43

4.5.

ELEMENTO DE REALIMENTACIÓN...................................................................................... 43

PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DEL PROYECTO ...................................................................... 46 3

5.1.

5.1.1.

INCREMENTO DE TEMPERATURA .............................................................................. 46

5.1.2.

DECREMENTO DE TEMPERATURA ............................................................................. 48

5.2.

6.

PRUEBA DE CONTROL DE TEMPERATURA ......................................................................... 46

PRUEBA DE CONTROL DE HUMEDAD ................................................................................ 49

5.2.1.

INCREMENTO DE HUMEDAD RELATIVA ..................................................................... 49

5.2.2.

DECREMENTO DE HUMEDAD RELATIVA .................................................................... 50

OPTIMIZACIÓN Y CORRECCIÓN DE ERRORES............................................................................. 52 6.1.

FUENTE DE CALOR E ILUMINACIÓN ................................................................................... 52

6.2.

CAMBIO EN SISTEMA DE HUMIDIFICACIÓN ...................................................................... 52

6.3.

CAMBIO EN EL DISPOSITIVO DE REALIMENTACIÓN DEL SISTEMA DE LAZO DE CONTROL 54

6.4. CAMBIO DE ELEMENTO ELECTRÓNICO PARA LA ACTIVACIÓN DEL ENCENDIDO DE LAS LÁMPARAS POR MEDIO DE UNA SALIDA DIGITAL DE 5VDC .......................................................... 54 7.

CONCLUSION .............................................................................................................................. 55

8.

BILIOGRAFIA ............................................................................................................................... 57

9.

ANEXOS ...................................................................................................................................... 60 9.1.

CÓDIGO DE PROGRAMA PRINCIPAL SO. ............................................................................ 60

4

LISTA DE ILUSTRACIONES Ilustración 1 Explotación de gran escala de pollos de engorde (Glatz & Pym, 2009) ........................................ 21 Ilustración 2 Explotación de mediana escala de pollos de engorde (Glatz & Pym, 2009) ................................. 22 Ilustración 3 Alojamientos comerciales de pequeña escala de pollos de engorde (Glatz & Pym, 2009)........... 22 Ilustración 4 Lazo de control (Autómatas Programables I) ............................................................................... 23 Ilustración 5 Lazo de control temperatura (Mera, Cristian) .............................................................................. 24 Ilustración 6 Lazo de control humedad (Mera, Cristian).................................................................................... 25 Ilustración 7 Cambio de temperatura con respecto al tiempo con lámparas infrarrojas. (Mera, Cristian) ...... 27 Ilustración 8 Grafica de función cambio de temperatura. (Mera, Cristian)....................................................... 28 Ilustración 9 Código implementado en Matlab para obtener función en el dominio de z. (Mera, Cristian) ..... 28 Ilustración 10 Función de transferencia en el dominio de z obtenida. (Mera, Cristian) .................................... 29 Ilustración 11 Compensador obtenido con herramienta sisotool Matlab. (Mera, Cristian) .............................. 29 Ilustración 12 Plano de potencia. (Mera, Cristian) ............................................................................................ 30 Ilustración 13 Plano electrónico de conexiones entre micro-controlador y señales externas. (Mera, Cristian) 31 Ilustración 14 Diseño de PCB elaborado en Eagle impresión de solapa inferior. (Mera, Cristian) .................... 32 Ilustración 15Diseño de PCB elaborado en Eagle impresión de solapa superior. (Mera, Cristian).................... 32 Ilustración 16 Flujograma programa principal. (Mera, Cristian) ....................................................................... 34 Ilustración 17 Tarea 2 del sistema operativo (Mera, Cristian) .......................................................................... 35 Ilustración 18 Diseño visual aplicación android (Mera, Cristian)....................................................................... 37 Ilustración 19a Codificación aplicación apk android, (Mera, Cristian). ............................................................. 38 Ilustración 19b Codificación aplicación apk android, (Mera, Cristian). ............................................................. 39 Ilustración 20 Icono de aplicación android .apk instalada (Mera, Cristian) ...................................................... 39 Ilustración 21 Diagrama estructural del sistema automatizado (Mera, Cristian). ............................................ 41 Ilustración 22 Bombilla de luz infrarroja utilizado en el proyecto, (Mera, Cristian) .......................................... 41 Ilustración 23 Humidificador de aire utilizado en el proyecto, (Mera, Cristian) ................................................ 42 Ilustración 24 Extractor de aire utilizado en el proyecto, (Mera, Cristian) ........................................................ 43 Ilustración 25 Diagrama de salida para la humedad AMT1001, http://www.aosong.com/asp_bin/Products/en/humidity%20sensor%20AM1001.pdf ................................... 44 Ilustración 26 Prototipo funcionando, (Mera, Cristian) ..................................................................................... 46 Ilustración 27 Grafica temperatura vs tiempo con control implementado, incremento, (Mera, Cristian)........ 47 Ilustración 28Grafica temperatura vs tiempo con control implementado, decremento, (Mera, Cristian) ....... 48 Ilustración 29 Grafica humedad vs tiempo con control implementado, incremento, (Mera, Cristian) ............. 50 Ilustración 30 Grafica humedad vs tiempo con control implementado, decremento, (Mera, Cristian) ............ 51 Ilustración 31 Sistema de riego, Automatización de invernadero implementado por (Muñoz Jaime, Núñez Alejandro) a Humidificador de aire ultrasónico (Mera, Cristian)...................................................................... 53

5

1. INTRODUCCIÓN

El mundo actual se ha visto sumergido en la tecnología y a medida que avanza el tiempo, el hombre en él debe ir a la par. Vemos que todos estos avances tecnológicos han ido de cierta manera desplazando diferentes tipos de actividades que antes desempeñaba el hombre. Por nombrar un ejemplo, encontramos que ya se usan mecanismos eléctricos para regar cultivos, cuando anteriormente este trabajo se realizaba por el hombre a través de mangueras y largas horas bajo la exposición al sol. Ésta y muchas otras actividades, labores, entre otros, se han visto reemplazadas por maquinaria e inteligencia artificial. Por ello, este trabajo de grado está orientado, con la intención de facilitar una tarea de más arduo trabajo para el hombre, la cual trata de diseñar e implementar un sistema embebido para controlar la temperatura y la humedad relativa en galpones de pollos de engorde. Como bien se sabe, los galpones de pollos se han diseñado para criar aves en condiciones apropiadas y específicas con la intención de enviar producido de excelente calidad al mercado. Muchos de estos sitios no tienen un adecuado sistema que les permita y garantice la adecuada crianza de estos animales, dado que un porcentaje considerable de los pollos mueren a razón de condiciones climáticas, estrés calórico, entre otros. Por tal razón, se ha desarrollado un prototipo a escala de un galpón en el cual se emulan condiciones de temperatura y humedad, este sistema podría garantizar una mejoría notoria en cuanto a la crianza de pollos de engorde con una idea innovadora en estas áreas de producción, la cual es que puedan manejar su propio galpón a través de una aplicación desde su dispositivo móvil y les permita invertir ese tiempo en el desarrollo de nuevas tareas o actividades con el fin de generar mayores ingresos económicos.

6

El diseño de este sistema está desarrollado con el fin de responder a cuatro factores fundamentales: a.

Mantener la temperatura y humedad adecuadas en el galpón.

b.

Permitir una conexión directa a través de la aplicación tanto del trabajador como de su galpón.

c.

La implementación del sistema es asequible a cualquier usuario.

d.

Garantizar que tanto su funcionamiento como de producido es de excelente calidad baja tasa de mortalidad de pollos de engorde.

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1.1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

La crianza de pollos de engorde se ve afectada por el alto índice de mortalidad, los principales responsables a este problema son, la variación de temperatura y los niveles de humedad relativos inapropiados o repentinos al interior del corral (Estrada Parereja, 2007), afectando así la producción y generando pérdidas apreciables al lucrativo negocio de la crianza de pollos. Un sistema electrónico que solucione este problema traería beneficios como: -

Asegurar condiciones climáticas óptimas para el bienestar y buen desarrollo de los pollos.

-

Garantizar el mejor rendimiento en la producción de aves de corral ya que serían perdidas mínimas por causas de estrés calórico.

-

Una sola persona sería capaz de hacerse cargo de una mayor cantidad de pollos o de nave de pollos aminorando así costos en la contratación de personal que este al cuidado de las aves.

Teniendo en cuenta lo anterior, desde los aportes de la electrónica en sus aplicaciones de control digital y sistemas embebidos se plantea la siguiente pregunta, ¿Cómo controlar eficientemente las variables de temperatura y humedad relativa usando un sistema de control embebido para la crianza de pollos de engorde?

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1.2. JUSTIFICACIÓN

La crianza de pollos de engorde es un negocio muy lucrativo, ya que la demanda de pollo para el consumo es mayor que la de las demás carnes (Arellano Peche, 2010). El consumo per cápita de pollo es de 23,7 kilos, el de res es de 20 kilos, mientras el de cerdo es de 6 kilos anuales por persona (CONtextoGanadero, 2005), esto es debido a que el pollo es la carne más económica del mercado sumándole su alto nivel alimenticio y nutritivo (Carvajal Azcona, 2005). Comparando en precios con su homóloga la carne de res, el valor de un kilo de pechuga oscila los valores de $7200COP mientras que el lomo de res presenta valores aproximados a $13000COP el kilo.1 La eficiencia de los sistemas de producción de pollos de engorde está directamente

relacionada

con

los

factores

climáticos,

ya

que

geográficamente las granjas avícolas se localizan en zonas cuya temperatura y humedad relativa del ambiente son muy elevadas con poca velocidad del viento, causando estrés calórico y desórdenes fisiológicos en las aves de corral (Corona Lisboa, 2012). Cuando la combinación de temperatura y humedad relativa es muy elevada, la única posibilidad que tiene el ave para disipar el calor es por medio de la hiperventilación (jadeo). Esta hiperventilación genera inicialmente un aumento del pH o alcalosis respiratoria y una disminución del bicarbonato sanguíneo por la salida excesiva de CO2 que no permite la síntesis del ion HCO3 (Nilipour H., 2004). Este aumento de la osmolaridad extracelular causa una pérdida de agua intracelular, lo que es compensado por un aumento en el consumo de agua

1

Valores de precio tomados de www.exito.com/Mercado-Frescos-Pollo-_carne_y_pescado/_/N-2bbb

9

del ave. El aumento en el consumo de agua no es suficiente como mecanismo compensatorio y se instaura una deshidratación, que es una de las causas principales de muerte en el caso de estrés calórico (Nilipour H., 2004). Posteriormente, si el estrés calórico persiste, se instaura una acidosis metabólica como consecuencia de una reducción en el suministro de oxígeno a los tejidos, por una redistribución del flujo sanguíneo a la piel, así como por la deshidratación. Con la acidosis metabólica, muchos órganos internos no pueden funcionar correctamente, y aparece pronto una insuficiencia renal, insuficiencia cardíaca, postración y muerte del ave (Nilipour H., 2004). Por lo tanto, es necesario incluir un sistema electrónico que controle las variables de temperatura y humedad relativa, el cual permitirá el aumento en la cantidad de aves que podría controlar una sola persona ya que el proceso no tendría tanta dependencia por parte de la persona a cargo, además podría disminuir los costos por contratación de personal. Además, al garantizar las condiciones climáticas óptimas para el buen desarrollo de los pollos, será evidente el crecimiento en la rentabilidad del negocio de crianza de aves de engorde gracias a la disminución de mortalidad de las aves, y aseguraría el bienestar de estas.

10

1.3. OBJETIVOS 1.3.1.

GENERAL Diseñar e implementar un sistema de control de temperatura y humedad relativa en criadero de pollos de engorde usando sistemas embebidos

1.3.2.

ESPECIFICOS 

Investigar las condiciones locativas y ambientales para la crianza de pollos

de

engorde,

al

igual

que

los

diferentes

tipos

de

implementaciones presentes en la literatura. 

Diseñar el sistema de control para un galpón de pollos para el aumento de calidad y productividad del lugar.



Implementar un sistema embebido, que sirva como prototipo para el control de variables como temperatura y humedad relativa al interior de un criadero de pollos.



Desarrollar un software que permita el procesamiento, control y ajuste de variables de control en un criadero de pollos de engorde.



Desarrollar una interfaz de comunicación entre el sistema desarrollado y el personal a cargo del criadero.



Redactar el documento final y divulgar los resultados mediante un artículo referente al sistema de control para criadero de pollos de engorde.

11

2. MARCO REFERENCIAL 2.1. MARCO CONCEPTUAL En esta sección se presentan dos subsecciones que son: las enfermedades y las variables a controlar mencionando sus respectivos sensores.

2.1.1.

ENFERMEDADES COMUNES EN POLLOS DE ENGORDE En esta subsección se describen las enfermedades más comunes en la crianza de pollos tales como: •

Bronquitis infecciosa.

•

Coriza infeccioso.

•

Enfermedad respiratoria crónica (aerosaculitis).

•

Gumboro o Bursitis.

2.1.1.1.

Bronquitis Infecciosa

Agente causal: Esta enfermedad es causada por un virus (coronavirus) este virus se reproduce en ambientes húmedos, el cual afecta sólo a pollos y gallinas (Rodriguez, 2006). Síntomas: Se producen ruidos respiratorios típicos de la enfermedad, tanto en aves jóvenes como en adultas, incluyendo jadeos, estertores (debido a la mucosidad de la tráquea), tos, secreción nasal y ojos llorosos. Basándose solamente en los síntomas respiratorios, es difícil diferenciarla de la enfermedad de NewCastle. A diferencia con la enfermedad de NewCastle, la bronquitis nunca presenta síntomas nerviosos y la mortalidad es menor, la 12

producción de huevo aunque también se afecta, nunca baja hasta cero, la calidad del huevo se altera durante más tiempo y las aves tardan más en normalizar la postura (Rodríguez, 2006). Transmisión: La enfermedad se transmite fácilmente por medio del aire y cualquier otro medio mecánico. La bronquitis generalmente afecta a todo un lote de aves en forma simultánea, completando su curso respiratorio en 10-15 días (Rodríguez, 2006).

2.1.1.2.

Coriza Infecciosa

Agente causal: Esta enfermedad es producida por una bacteria llamada Haemophilus gallinarum (Rodríguez, 2006). Síntomas: Entre los primeros síntomas se presentan estornudos, seguidos por una supuración maloliente e inflamación de los ojos y senos nasales. Conforme avanza la enfermedad, el exudado se vuelve caseoso (como queso) y se acumula en los ojos; produciendo hinchazón y en muchos casos hasta la pérdida de los ojos. El problema se puede acelerar o agravar cuando se presentan cambios bruscos de las corrientes de aire, de temperatura, humedad, o por la desparasitación y vacunación. Generalmente disminuye el consumo de alimento y la producción de huevos (Rodríguez, 2006). Transmisión: La enfermedad se puede transmitir de un animal a otro y de una parvada a otra por contacto directo, por medio de las partículas de polvo que mueve el aire entre galerones o por medio de las personas que cuidan de los animales (Rodríguez, 2006).

13

2.1.1.3.

Enfermedad respiratoria crónica (Aerosaculitis)

Agente causal: Es causada principalmente por Mycoplasma gallisepticum, aunque también se ha encontrado Escherichia coli (Rodriguez, 2006). Síntomas: Los primeros síntomas se asemejan a los producidos por las enfermedades de New Castle y bronquitis infecciosa, tales como dificultad al respirar, mucosidad nasal y estertores de la tráquea. Con frecuencia se encuentra un material blancuzco y espumoso en la tráquea y sacos aéreos. En los casos avanzados de la enfermedad se puede apreciar el hígado y corazón cubiertos por un exudado de color blanco o amarillo. El curso de la enfermedad es lento (Rodriguez, 2006). Transmisión: La enfermedad se transmite por contacto directo, de un ave a otra o por medio de las partículas de polvo que lleva el viento de un galpón a otro. El problema principal es que las gallinas pueden transmitir la enfermedad a sus hijos por medio del huevo (Rodriguez, 2006).

2.1.1.4.

Gumboro o Bursitis

Agente causal: Esta enfermedad es causada por un birnavirus, el cual es muy resistente a las condiciones ambientales desfavorables, por lo que se dificulta su erradicación de las granjas infectadas (Rodriguez, 2006). Síntomas: Muchas veces, el primer síntoma de la enfermedad de Gumboro o Bursitis es un ruido respiratorio. Otros síntomas que se pueden apreciar son 14

decaimiento, plumas erizadas, temblores, diarreas acuosas y postración. Los brotes ocurren con más frecuencia cuando las aves tienen de 3 a 8 semanas de edad. La mortalidad por lo general no sobrepasa el 10% y en una segunda infección del mismo lote, la mortalidad es aún menor. La Bolsa de Fabricio (ubicada sobre la cloaca), se encontrará inflamada y su tamaño puede ser dos o más veces su tamaño normal. En animales sanos, la Bolsa de Fabricio es más pequeña que la vesícula. En los casos crónicos, la bolsa será más pequeña (se atrofia), por lo que la respuesta a la vacunación es menor, aumentando la susceptibilidad a otras infecciones (Rodriguez, 2006). Transmisión: La enfermedad es muy contagiosa y se transmite por contacto directo de las aves, de sus excrementos; o por medio del equipo y ropa de los operarios.

2.1.2.

VARIABLES A CONTROLAR EN EL CRIADERO DE POLLOS

2.1.2.1.

Humedad Relativa

El aire en la atmósfera se considera normalmente como una mezcla de dos componentes: aire seco y vapor de agua. La capacidad de la atmósfera para recibir vapor de agua se relaciona con los conceptos de humedad absoluta, que corresponde a la cantidad de agua presente en el aire por unidad de volumen de aire, y la humedad relativa que es la razón entre la humedad absoluta y la cantidad máxima de vapor de agua que admite el aire por unidad de volumen. La humedad relativa se mide en tanto por ciento y está normalizada de forma que la humedad relativa máxima posible es el 100%. Cuando la humedad alcanza el valor del 100%, se dice que aire está saturado, y el exceso de vapor se condensa para convertirse en gotas de niebla o nubes. La humedad relativa, HR [%], es la proporción de vapor de agua real en el aire comparada con la cantidad de vapor de agua necesaria para la saturación a la temperatura correspondiente. Indica qué tan cerca está el aire 15

de la saturación. Se mide en porcentaje entre 0 y 100 (ver Tabla 1), donde el 0% significa aire completamente seco y 100% aire saturado (Meruane & Garreud, Determinación de Humedad en la Atmósfera, 2006). La humedad relativa con componentes electrónicos se mide de la siguiente manera: Utilizando la capacidad de ciertos materiales con el fin de absorber moléculas de vapor de agua a través de su superficie. Este proceso, al modificar las propiedades eléctricas de una componente de un circuito electrónico (resistencia o condensador), permite crear una señal eléctrica que es proporcional a la humedad. Este tipo de sensor se utiliza en estaciones meteorológicas automáticas y en equipos de radio sondeos.

Tabla 1 humedad Relativa HR, condiciones ambientales recomendadas por la línea Ross. (Estrada Parereja, 2007)

16

Sensores de humedad relativa Para entender el concepto de humedad relativa, es importante definir el concepto de humedad absoluta, esta es la capacidad de la atmósfera para recibir vapor de agua, corresponde a la cantidad de agua presente en el aire por unidad de masa de aire seco, y la humedad relativa que es la razón entre la humedad absoluta y la cantidad máxima de agua que admite el aire por unidad de volumen. Se mide en porcentaje y está normalizada de forma que la humedad relativa máxima posible es el 100% (Meruane & Garreaud, Determinación de humedad relativa en la atmosfera, 2006). Para la correcta clasificación según el funcionamiento de los sensores de humedad relativa se dividen en sensores analógicos y digitales. Un sensor analógico de humedad mide la humedad del aire relativo usando un sistema basado en un condensador. El sensor está hecho de una película generalmente de vidrio o de cerámica. El material aislante que absorbe el agua está hecho de un polímero que toma y libera el agua basándose en la humedad relativa de la zona dada. Esto cambia el nivel de carga en el condensador del circuito en el cuadro eléctrico (Arias Sabogal, 2014). Un sensor digital de humedad funciona a través de dos micro - sensores que se calibran a la humedad relativa de la zona dada. Estos se convierten luego en el formato digital a través de un proceso de conversión de analógico a digital que se realiza mediante un chip situado en el mismo circuito. Un sistema basado en una máquina hecha de electrodos con polímeros es lo que constituye la capacitancia del sensor. Esto protege el sensor del panel frontal del usuario (Arias Sabogal, 2014).

17

2.1.2.2.

Temperatura

Todas

las

sustancias

están

compuestas

de

pequeñas

partículas

denominadas moléculas, que se encuentran en continuo movimiento. Cuanto más rápido es el movimiento de las moléculas, mayor es la temperatura del cuerpo. Por lo tanto podemos definir a la temperatura como el grado de agitación térmica de las moléculas. En la práctica, la temperatura se representa según una escala numérica, cuanto mayor es su valor, mayor es la energía cinética media de los átomos del cuerpo en cuestión (Virgoni, 2008). La temperatura para los pollos de engorde debe ser diferente en su primera semana de vida (ver Tabla 2) que en las demás, ya que en esta primera no presentan autorregulación de temperatura.

Tabla 2 Condiciones ambientales térmicas recomendadas por la línea Ross

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Sensores de temperatura La temperatura es una medida del promedio de energía cinética de las partículas en una unidad de masa, expresada en unidades de grados en una escala estándar. Se mide la temperatura de diferentes maneras que varían de acuerdo al costo del equipo y la precisión. Los tipos de sensores más comunes son los termopares, RTDs y termistores2. En el mundo actual hay muchas formas de medir la temperatura, hay todo tipo de sensores. La ingeniería de control de procesos ha inventado, perfeccionado e innovado a la hora de disponer de sensores que ayuden a controlar los cambios de temperatura en procesos industriales. La tabla 3 muestra de la gran variedad de dispositivos capaces de medir temperatura (Aragones, y otros, 2004).

Tabla 3 Sensores de temperatura (Bausá Aragonés, y otros, 2004)

2

Tipos de sensores de temperatura recopilado de: http://www.ni.com/white-paper/10635/es/

19

2.2. MARCO GEOGRAFICO 2.2.1.

PAÍSES EN DESARROLLO

Esta investigación está enfocada y orientada hacia la población colombiana, Colombia es un país con ubicación central en el continente americano. Su localización es estratégica ya que conecta el norte con el sur del continente y posee parte de los océanos, atlántico y pacífico, además cuenta con una extraordinaria belleza natural y conocido por la producción de uno de los mejores cafés del mundo, por el carbón, las esmeraldas y las flores3. Colombia es considerado un país en desarrollo o subdesarrollado, ya que no es capaz de satisfacer sus necesidades materiales y espirituales sobre la base de la explotación de sus propios recursos, mediante el empleo de la ciencia y la técnica más avanzadas (Gonzales García & Rodríguez Arada, 2008). Un país podrá llamarse desarrollado cuando no sea dependiente económicamente, cuando no sea productor de uno o pocos productos, cuando en vez de deudor sea fiador, cuando la capacidad de exportar supere la necesidad de importar, cuando en vez de productor de materias primas sea productor de tecnología, equipos y maquinaria (Gonzales García & Rodríguez Arada, 2008).

3

Recopilado de: http://otca.info/portal/admin/_upload/paises/pdf/448-COLOMBIA.es.pdf Portal Oficial de Colombia / Embajada de Colombia en Brasil

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2.2.2.

SISTEMAS DE ALOJAMIENTO DE AVES EN PAISES EN DESARROLLO

Los sistemas de alojamiento de aves de corral en países sub desarrollados se centran en proporcionar un entorno que garantice los requisitos térmicos de las aves. El tipo de alojamiento y equipo utilizados permiten un buen control sobre las condiciones y variables climáticas que se proporciona a las aves, pero son alojamientos cuya construcción y funcionamiento son muy costosos. Debido a los costos de construcción y funcionamiento más bajos, los alojamientos comerciales de mediana y pequeña escala son muy populares en los países en desarrollo. El sistema avícola de pequeña escala predominante en muchos países sub desarrollado es un recinto nocturno muy básico para alojar las aves, si es que existe (Glatz & Pym, 2009). Los alojamientos avícolas modernos están automatizados con ventiladores conectados a sensores a fin de mantener las condiciones ambientales adecuadas, algunos utilizan sistemas computarizados para el control remoto y el cambio de configuración de los alojamientos (ver ilustración 1). Para el suministro de calor se utilizan hornos de aire forzados o calefacción con radiación (Glatz & Pym, 2009).

Ilustración 1 Explotación de gran escala de pollos de engorde (Glatz & Pym, 2009)

La mayor parte de los alojamientos de mediana escala de ponedoras y pollos (ver ilustración 2), constan de flujo de aire natural en la nave para la 21

ventilación, si es necesario se proporciona a las aves calefacción por radiación a una edad temprana, a fin de mantener la temperatura del cuerpo. Las jaulas se realizan con alambres tejido galvanizado para aislar los pollos de aves silvestres y los depredadores (Glatz & Pym, 2009).

Ilustración 2 Explotación de mediana escala de pollos de engorde (Glatz & Pym, 2009)

Los alojamientos comerciales en pequeña escala (ver ilustración 3), suelen construirse de varias formas y dimensiones utilizando materiales de construcción locales como madera, ladrillos de adobe y bambú, las aves suelen agruparse de 50 a 100 ejemplares de la misma edad. El alojamiento puede utilizarse como recinto nocturno para las aves que se crían en libertad o que se confinan en un corral al aire libre durante el día.

Ilustración 3 Alojamientos comerciales de pequeña escala de pollos de engorde (Glatz & Pym, 2009)

Cuanto más sofisticado sea el sistema de cría de aves de corral, mayor será la capacidad de gestión necesaria.

22

3. DISEÑO DE LA AUTOMATIZACION PARA CRIADERO DE POLLOS DE ENGORDE 3.1. SISTEMA DE CONTROL Un sistema de control nos permite interactuar con variables y elementos para lograr un fin específico. En este proyecto que tiene como fin el diseño e implementación de un óptimo sistema para criar pollos se requiere que todos los elementos que lo componen funcionen en una sincronía deseada para el buen desarrollo de las aves. Como variables para este proyecto se tienen la temperatura y la humedad relativa, al ser variables de lento cambio en el tiempo se utilizará un sensor que su principal característica sea la fidelidad en la medición aunque su tiempo de respuesta entre mediciones no sea tan rápida, el elemento de medición que se usa es el AMT1001. El sistema de control que se usó en este proyecto para su óptimo funcionamiento fue de dos lazos de control cerrado (ver ilustración 4). El primer lazo de control es de temperatura con la característica de tener un control con compensación proporcional ya que se desea mejorar tiempo de respuesta aunque la variable sea lenta y este es el control que más se ajusta. El lazo de control de humedad relativa tendrá un sistema de control ON / OFF ya que es una variable que podremos controlar fácilmente y no necesitaremos controlador.

Ilustración 4 Lazo de control (Autómatas Programables I)

23

3.1.1.

LAZO DE CONTROL DE TEMPERATURA El lazo de control de temperatura tendrá un control proporcional (Ver ilustración 5). El elemento que realizara la comparación en el sistema será el Micro Controlador AT Mega 328 este microprocesador nos servirá ya que al manejar variables con cambios en el tiempo largos no será necesario usar un microprocesador con mas potencia, este será el encargado de examinar el error en el parámetro de salida restando la salida con el set point, con este valor toma una decisión para la corrección de la señal resultante. El bloque de control lo compondrán las lámparas de iluminación infrarrojas. El proceso evidentemente es el prototipo de galpón de pollos el cual queremos optimizar y controlar sus variables, el medidor o elemento de realimentación es el AMT1001 (sensor de temperatura y humedad relativa) y el set point o variable de referencia es fijado desde cualquier dispositivo con sistema operativo android y protocolo de comunicación IEEE 802.15 (Bluetooth).

Ilustración 5 Lazo de control temperatura (Mera, Cristian)

3.1.2.

LAZO DE CONTROL DE HUMEDAD RELATIVA El lazo de control de humedad relativa tendrá un control ON/OFF (ver ilustración 6). El elemento que realizara la comparación en el sistema será el Micro Controlador AT Mega 328, este será el encargado de examinar el error en el parámetro de salida restando la salida con el set point, con este valor toma una decisión para la corrección de la señal resultante. El bloque de 24

control lo compondrá el humidificador de aire y la solapa superior o techo de nuestro galpón. El proceso evidentemente es el prototipo de galpón de pollos el cual queremos optimizar y controlar sus variables, el medidor o elemento de realimentación es el AMT1001 y el set point o variable de referencia es fijado desde cualquier dispositivo con sistema operativo android y protocolo de comunicación IEEE 802.15 (Bluetooth).

Ilustración 6 Lazo de control humedad (Mera, Cristian)

3.1.3.

CONTROLADOR TEMPERATURA Y HUMEDAD El código implementado para la humedad relativa obedece a un control de tipo ON/OFF, este tipo de control envía una señal de activación cuando la señal de entrada es menor que un nivel de referencia (definido previamente en nuestro caso por el usuario), y desactivan la señal de salida cuando la señal de entrada en mayor que la señal de referencia. Para este proceso el control encendido/apagado nos presenta óptimos resultados ya que esta variable (humedad) presenta grandes lapsos para cambiar en el tiempo. El controlador de temperatura implementado fue de tipo proporcional, este es un tipo de control de realimentación lineal. Este tipo de control es más complejo que el tipo de control ON/OFF además presenta la virtud que es aplicable para procesos que no tengan tiempo de respuestas demasiado rápidos como lo es el control de temperatura y su comportamiento será estable. El control proporcional resuelve el problema de la inestabilidad mediante la modulación de la salida del dispositivo. 25

3.1.3.1.

Compensación para control de humedad relativa por ON/OFF

La compensación del nivel requerido en HR se realiza por media del micro controlador ATMega 328, el cual recibe la señal brindada por el sensor y compara esta con el set point definida por el usuario previamente, esta comparación se utiliza para realizar una acción, si está por debajo del valor deseado se encenderá automáticamente el humidificador, y si esta variable se encentra por encima del valor necesario se abrirá la solapa para recircular el aire interno y eliminar la humedad que se encuentra al interior del criadero.

3.1.3.2.

Compensación para control de temperatura por control proporcional

La compensación de temperatura se realiza por control proporcional, este algoritmo se basa en que la salida del controlador es proporcional a la señal de error, que es la diferencia entre el punto objetivo y la variable del proceso; es decir la salida del controlador proporcional es el resultado del producto entre el error y la ganancia proporcional calculada. Matemáticamente se expresa como: 𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝐾𝑝 𝑒(𝑡) , donde 𝑃𝑜𝑢𝑡 es la señal de salida, 𝐾𝑝 es la ganancia proporcional y 𝑒(𝑡) es la señal de error en el tiempo. La variable Kp se halló utilizando MATLAB®. Primero se implementó un código para registrar los cambios de temperatura al interior de nuestro prototipo, respecto al tiempo con las lámparas de iluminación infrarrojas con una alimentación del 100% de su capacidad, estos valores se plasmaron en la siguiente gráfica (ver Ilustración 7),

26

Ilustración 7 Cambio de temperatura con respecto al tiempo con lámparas infrarrojas. (Mera, Cristian)

Teniendo en cuenta la ecuación de la función de transferencia de primer orden, sin tiempo muerto

𝑇(𝑠) =

𝐾 Ʈ𝑠 + 1

𝐾 = 1 , Ʈ = 200 Donde k es la ganancia, en nuestro caso es 1 y T es el tiempo en donde corta la línea tangencial la gráfica. Teniendo la función de transferencia para nuestra planta

𝑇(𝑠) =

1 200𝑠 + 1

Graficamos la función obtenida y como resultante tenemos (ver ilustración 8).

27

Ilustración 8 Grafica de función cambio de temperatura. (Mera, Cristian)

Así corroboramos que el comportamiento de la función obtenida si corresponde a los valores de temperatura tomados con anterioridad. Con la función de transferencia en el dominio del tiempo, podemos encontrar la transformada z, hallamos la transformada z de nuestra función de transferencia con un tiempo de muestreo o sample time de 0.2 s (ver Ilustración 9).

Ilustración 9 Código implementado en Matlab para obtener función en el dominio de z. (Mera, Cristian)

28

La función de transferencia en el dominio z obtenido es (ver Ilustración 10),

Ilustración 10 Función de transferencia en el dominio de z obtenida. (Mera, Cristian)

Ya con la función de transferencia en el dominio de z podemos hallar nuestro compensador proporcional. Se utiliza la herramienta siso tool de MATLAB® para ajustar nuestros parámetros de lazo de control y así obtenemos el compensador proporcional que se utilizó para nuestro proyecto (ver Ilustración 11).

Ilustración 11 Compensador obtenido con herramienta sisotool Matlab. (Mera, Cristian)

29

3.2. DISEÑO ELÉCTRICO DE NUESTRO PROTOTIPO 3.2.1.

PLANO ELECTRICO DE POTENCIA DE NUESTRO PROYECTO

El circuito de potencia de este proyecto (ver Ilustración 12), tiene una alimentación monofásica a 110v, la cual alimenta un breaker de 2A (F1) que se usa como totalizador de todo nuestro proyecto. De ahí se derivan una alimentación necesaria para nuestra tarjeta de Control a 110v y una fuente de alimentación de 12VDC necesaria para alimentar la mayoría de nuestros actuadores, la salida de 12VDC es protegida por el breaker de 4A (F2) antes de entrar a nuestra tarjeta de control.

Ilustración 12 Plano de potencia. (Mera, Cristian)

30

3.2.2.

PLANO ELECTRÓNICO TARJETA DE CONTROL

La tarjeta de control desarrollada (ver ilustración 13)realiza las conexiones entre los actuadores, señales de control, sensores y dispositivos de comunicación como bluetooth a nuestro micro controlador, todas las señales de salida del micro- controlador se pasan por transistor para después ser usadas por relevos o SCR’s según sea el caso.

Ilustración 13 Plano electrónico de conexiones entre micro-controlador y señales externas. (Mera, Cristian)

31

3.2.3.

DISEÑO DE PCB DE LA TARJETA DE CONTROL

3.2.3.1. PARTE INFERIOR Se observa la parte inferior de la pcb diseñada (ver ilustración 14).

Ilustración 14 Diseño de PCB elaborado en Eagle impresión de solapa inferior. (Mera, Cristian)

3.2.3.2. PARTE SUPERIOR Se observa la parte superior de la pcb diseñada (ver ilustración 15).

Ilustración 15Diseño de PCB elaborado en Eagle impresión de solapa superior. (Mera, Cristian)

32

3.3. DESARROLLO DE SOFTWARE Para la elaboración de este proyecto se tuvo en cuenta que debía incluir fácil acceso y compatibilidad en todo sentido, tanto para el usuario como en tecnología. Además se programó un sistema operativo capaz de realizar las tareas de control en tiempo real, y una aplicación para dispositivos android como interfaz gráfica para la comunicación humano-máquina.

3.3.1.

ARDOS ArdOS es un sistema operativo multitarea potente pero compacto para la serie de microcontroladores Atmel ATmega 168, 328, 1280 y 2560 microcontroladores (Arduino(IDE), 2013). Las principales características de ArdOS son: un código muy completo pero a la vez muy compacto, un planificador basado en prioridades multitarea para aplicaciones estrictas en tiempo real, semáforos binarios y por contador, bloqueos por mutex y variables condicionales, memoria FIFO (primero en entrar es el primero en salir), colas de mensajes prioritarios, y es configurable.

33

Diagrama de flujo programa principal

En el diagrama de flujo (ver Ilustración 16) podemos ver el funcionamiento del sistema operativo. En este se observa que en paralelo funcionan 5 tareas o task: la tarea No.1 se encarga de escribir en el puerto serial toda la información recibida de sus tareas simultaneas por medio del SOQueue; la tarea No.2 (ver Ilustración 17) o tarea principal lee el puerto serial para captar los set point suministrados por el usuario a través de la aplicación android, estos valores de set point los pone en cola para ser impresos por la tarea No.1, con los valores de set point y temperatura realiza el control proporcional de temperatura y toma la decisión de qué actuadores habilitar para realizar el control de las variables de temperatura y humedad, y por último lee los valores de temperatura y humedad actuales, utilizados como realimentación. La tarea No.3 controla los actuadores para temperatura que son los extractores y la desactivación del sistema de calefacción; la tarea No.4 controla la activación del sistema de humidificación; y la terea No.5 controla la desactivación del sistema de humidificación

Ilustración 16 Flujograma programa principal. (Mera, Cristian)

34

1

TASK 2 Leer Set point temperatura (spt) y humedad (sph)

Humedad < spt

No

Si

OSEnqueue (Spt) OSEnqueue (Sph)

Temperatura > spt

OsGiveSema=1 Task 5 No Temperatura < spt

No

Si Si

OsGiveSema=1 Task 3

Humedad > spt

Control de temperatura No Leer feedback de temperatura y humedad

Si OsGiveSema=1 Task 4

FIN

1 Ilustración 17 Tarea 2 del sistema operativo (Mera, Cristian)

35

3.3.2.

APP ANDROID La aplicación android se elaboró con MIT APP INVENTOR 2 (Google, s.f.). MIT App Inventor es una innovadora introducción de la programación, es una aplicación de creación que transforma el complejo lenguaje de codificación basada en texto a bloques de construcción visual, con el principio de arrastrar y soltar.

3.3.2.1.

DISEÑADOR VISUAL

Diseño visual usado en la aplicación creada para dispositivos móviles con sistema operativo android (ver Ilustración 18). El botón de color azul (bluetooth) nos permite acceder a la lista de dispositivos bluetooth vinculados para hacer conexión con alguno de ellos, además posee cuatros campos de visualización de variables: el primero es la temperatura actual del criadero de pollos; el segundo es el porcentaje de humedad relativa actual de nuestro prototipo; el tercero nos muestra el valor de set point de temperatura que posee el sistema en el momento puede ser por default o por fijación posterior del usuario; el cuarto y último contiene el valor de set point de porcentaje de la humedad.

36

Ilustración 18 Diseño visual aplicación android (Mera, Cristian)

37

3.3.2.2. DISEÑADOR DE BLOQUES La plataforma usada por app inventor para la programación de la aplicación android es por bloques. La programación por bloques de la aplicación desrrollada se muestra en (ver Ilustraciones 19ª y 19b).

Ilustración 19a Codificación aplicación apk android, (Mera, Cristian).

38

Ilustración 20b Codificación aplicación apk android, (Mera, Cristian).

En el diseñador de bloques se realiza la programación de la aplicación android. App inventor nos proporciona un entorno amigable de programación, con funciones muy intuitivas para cualquier programador. La programación de la aplicación se divide en tres partes, la primera en la que se realiza el enlace bluetooth entre android y el microcontrolador, la segunda parte se encarga de recibir toda la información que ingresa por el puerto serial, clasificarla y visualizarla en la pantalla del dispositivo (ver Ilustración 20), con S.O android; y la tercera parte capta los valores de set point fijados por el usuario y los envía por el puerto serial al microcontrolador

Ilustración 21 Icono de aplicación android .apk instalada (Mera, Cristian)

39

4. IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA El proyecto se basa en un prototipo a escala de un galpón en el cual se emulan condiciones de temperatura y humedad mediante lámparas y humidificador, además un equipo micro controlado, programado, organizado y priorizado por el sistema operativo ArdOs. ArdOs es un sistema operativo avanzado diseñado para la serie de placas micro controladas Arduino. Es totalmente configurable para ofrecerle flexibilidad y ahorro de espacio. Se listarán los componentes necesarios en la implementación del proyecto. El micro controlador por medio del sistema operativo leerá las variables ambientales de temperatura y humedad y proporcionara señales de salida para igualar su valor al del set point para mantenerlas posteriormente. Los elementos actuadores para el incremento de la temperatura son las lámparas de rayos infrarrojos y para disminuir esta variable usaremos los extractores y la solapa superior de nuestro prototipo. En cambio los actuadores para el incremento de la humedad relativa son el humidificador y para

la

disminución

se

utilizó

los

extractores

de

aire

ubicados

estratégicamente para la expulsión de aire caliente al interior del criadero (ver Ilustración 21).

PUERTO SERIAL

PUERTO SERIAL

40

Ilustración 22 Diagrama estructural del sistema automatizado (Mera, Cristian).

4.1. ESTRUCTURA DEL PROTOTIPO La planta presente en que se elaboró el proyecto es un prototipo a escala 1:10 de un galpón real, con unas medidas a escala natural de 100cm x 50cm y a escala incrementada de 1000cm x 500cm, con capacidad para almacenar hasta 500 pollos (10 pollos x 𝑚2 ). El esqueleto del prototipo está elaborado en pino y externamente se encuentra forrado completamente con una delgada película de PVC para aislar el lugar de cambios bruscos de temperaturas y humedad presentes al exterior de este.

4.2. ELEMENTOS DE CALEFACCIÓN El elemento que nos proporciona calefacción es la bombilla de luz infrarroja (ver Ilustración 22) con alimentación a 110v. Además, proporciona igual calor y apenas el 25% de luz que un bombillo corriente, ideal para un galpón de pollos ya que no afectara el descanso de las aves, permitiendo así que no altere su crecimiento y aumento de peso.

Ilustración 23 Bombilla de luz infrarroja utilizado en el proyecto, (Mera, Cristian)

41

4.3. ELEMENTOS DE HUMIDIFICACIÓN El elemento que nos permite humidificar el aire al interior del galpón es un humidificador de aire portátil con alimentación de 12vDc (ver Ilustración 23) y corriente de 130 a 150mA. Este humidificador trabaja en 3 ciclos, un primer ciclo de reposo en el que espera a ser habilitado de forma manual, al ser habilitado de forma manual entra a un ciclo de aspersión de agua con un flujo y presión capaz de elevar el valor de humedad un 10% en tal solo 30 segundos en un espacio de 2500𝑐𝑚2, y con un segundo toque manual entra a su tercer ciclo en donde el flujo y presión será menor. Su uso habitual en este ciclo es para aromatizar un ambiente a la espera de ser deshabilitado de nuevo y entrar a su estado de reposo. Por su método de funcionamiento solamente utilizaremos los dos primeros ciclos, y la habilitación al ser exclusivamente manual la utilizaremos como confirmación para el aumento de la humedad en el recinto.

Ilustración 24 Humidificador de aire utilizado en el proyecto, (Mera, Cristian)

42

4.4. ELEMENTOS DE VENTILACIÓN

Para la instalación del sistema de enfriamiento se toma en cuenta que las partículas de aire caliente se dispersan provocando que cambie su volumen y su peso sea menor ubicándose por encima del aire frio. Gracias a esto se ubicaron estratégicamente extractores de aire (ver Ilustración 24) que expulsara el aire caliente por fuera del prototipo, disminuyendo el calor y a humedad relativa del galpón. Los extractores a usar son alimentados a 12VDC con consumo de corriente de 0.18 A.

Ilustración 25 Extractor de aire utilizado en el proyecto, (Mera, Cristian)

4.5. ELEMENTO DE REALIMENTACIÓN

Para nuestro proyecto se utilizó el sensor AMT1001, una de sus características más importantes es que de él podemos extraer las dos variables que deseamos controlar temperatura y humedad relativa, este sensor tiene un voltaje de alimentación de 4 – 5.5 VDC, utiliza dos pines de comunicación. 43

El AMT1001 tiene un rango de operación de 20 – 90% para la humedad relativa y de 0 – 50°C para la temperatura. La señal del sensor para el pin OUT HR tiene una salida en voltaje con el siguiente comportamiento (ver Ilustración 25):

Ilustración 26 Diagrama de salida para la humedad AMT1001, http://www.aosong.com/asp_bin/Products/en/humidity%20sensor%20AM1001.pdf

Mientras que la salida de temperatura se comporta como un termistor tipo NTC (Negative Temperature Coefficient), su comportamiento se define con la siguiente tabla (ver Tabla 4):

44

Tabla 4 Valores de resistencia NTC sobre AMT1001 para detección de temperatura, http://www.aosong.com/asp_bin/Products/en/humidity%20sensor%20AM1001.pdf

45

5. PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DEL PROYECTO

Ilustración 27 Prototipo funcionando, (Mera, Cristian)

Las pruebas del prototipo (ver Ilustración 26) se realizaron en la ciudad de Cali Valle, un día cálido con temperatura ambiente de 30.9°c y porcentaje de humedad relativa de 40.9% según elementos de medición propios del proyecto. Para probar la fidelidad en la medición del sensor de temperatura y el programa se realiza una comparación con la medición de un termómetro digital para bebes. Se eligió este instrumento ya que son los que proporcionan lecturas más precisas (Pomares, 2016).

5.1. PRUEBA DE CONTROL DE TEMPERATURA

5.1.1.

INCREMENTO DE TEMPERATURA La prueba para el control de temperatura en etapa de calefacción se realizó aumentando la temperatura actual del galpón 3°C partiendo desde 26.3°C. Se fijó una temperatura de set point de 29°C, se tomaron datos de tiempo 46

cada vez que cambiara la variable de temperatura 0,1°C obteniendo (ver Tabla 5),

Tiempo(s)

Temper. (°C)

Tiempo(s)

Temper. (°C)

Tiempo(s)

Temper. (°C)

12 26 34 49 61 81 99 109 117 131 143 154 169

26,3 26,4 26,5 26,6 26,7 26,8 26,9 27 27,1 27,2 27,3 27,4 27,5

183 202 216 234 243 265 276 281 302 316 330 360 383

27,6 27,7 27,8 27,9 28 28,1 28,2 28,3 28,4 28,5 28,6 28,7 28,8

406 422 439 446 458 464 468 470 478 482 487 495

28,9 29 29,1 29 28,9 29 28,9 29 29,1 29 28,9 29

Tabla 5 Prueba de control de temperatura, incremento, (Mera, Cristian)

Con estos datos (ver Ilustración 27) podemos evidenciar que la temperatura le tomo aprox. 8 minutos para estabilizarse en el set point propuesto por el usuario, lo cual es un desempeño óptimo para la aplicación en que se usa.

Ilustración 28 Grafica temperatura vs tiempo con control implementado, incremento, (Mera, Cristian)

47

5.1.2.

DECREMENTO DE TEMPERATURA La prueba para el control de temperatura en etapa de enfriamiento se realizó disminuyendo la temperatura actual del galpón 3°C partiendo desde 30°C, se fijó una temperatura de set point de 27 °C, se tomaron datos de tiempo cada vez que cambiara la variable de temperatura 0,1°C obteniendo (ver Tabla 6), Tiempo(s)

Temper. (°C)

Tiempo(s)

Temper. (°C)

Tiempo(s)

Temper. (°C)

0 15 19 28 31 34 43 51 63 67 78 84 92

30 29,9 29,8 29,7 29,6 29,5 29,4 29,3 29,2 29,1 29 28,9 28,8

98 110 119 127 148 157 169 183 201 211 222 235 247

28,7 28,6 28,5 28,4 28,3 28,2 28,1 28 27,9 27,8 27,7 27,6 27,5

257 271 282 296 315 319 324 335 349 358 371

27,4 27,3 27,2 27,1 27 26,9 27 26,9 27 26,9 27

Tabla 6 Prueba de control de temperatura, decremento, (Mera, Cristian)

Con estos datos (ver Ilustración 28) podemos evidenciar que la temperatura le tomo aprox. 5 minutos para estabilizarse en el set point propuesto por el usuario, lo cual es un desempeño óptimo para la aplicación en que se usa.

Ilustración 29Grafica temperatura vs tiempo con control implementado, decremento, (Mera, Cristian)

48

5.2. PRUEBA DE CONTROL DE HUMEDAD

5.2.1.

INCREMENTO DE HUMEDAD RELATIVA La prueba para el control de humedad en etapa de humidificado se realizó aumentando la humedad actual del galpón 10% partiendo desde 50%, se fijó un %HR de set point de 60%, se tomaron datos de humedad cada cierta cantidad de tiempo obteniendo (ver Tabla 7),

TIEMPO(S)

0 8 12 20 27 33 41 45 50 57 62 68 73

HUMEDAD (%)

50 52,3 53,8 54,6 56,7 58,2 59,3 60 62,1 61,8 60,2 59,8 60,4

Tabla 7 Prueba de control de humedad, incremento, (Mera, Cristian)

Con estos datos (ver ilustración 29) podemos evidenciar que la humedad le tomo aprox. 1 minuto para estabilizarse en el set point propuesto por el usuario, lo cual es un desempeño óptimo para la aplicación en que se usa.

49

Ilustración 30 Grafica humedad vs tiempo con control implementado, incremento, (Mera, Cristian)

5.2.2.

DECREMENTO DE HUMEDAD RELATIVA La prueba para el control de humedad en etapa de deshumidificado se realizó disminuyendo la humedad actual del galpón 10% partiendo desde 60%, se fijó un %HR de set point de 50%, se tomaron datos de humedad cada ocho segundos obteniendo (ver Tabla 8), Tiempo(s)

Humedad (%)

Tiempo(s)

Humedad (%)

0 8 16 24 32 40 48 56 64 72

60 59,3 58,4 57,6 56,5 55,4 54,9 54,3 53,9 53,2

88 96 104 112 120 128 136 144 152 152

52,3 51,7 51,4 51 50,8 50,5 50,2 49,5 50,1 50,1

80

52,8

Tabla 8 Prueba de control de humedad, decremento, (Mera, Cristian)

50

Con estos datos (ver Ilustración 30) podemos evidenciar que la humedad le tomo aprox. 2 minutos para estabilizarse en el set point propuesto por el usuario, lo cual es un desempeño óptimo para la aplicación en que se usa.

Control de Humedad (% Humedad vs Tiempo) 61 59 57 55 53 51 49 0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ilustración 31 Grafica humedad vs tiempo con control implementado, decremento, (Mera, Cristian)

51

6. OPTIMIZACIÓN Y CORRECCIÓN DE ERRORES

6.1. FUENTE DE CALOR E ILUMINACIÓN

En primera estancia la fuente de calefacción se había propuesto implementarla con bombillos o lámparas incandescentes de 100w su principal característica es que el 85% de la potencia consumida es transformada en calor y solo en 15% restante en luz, el calor que podía proporcionarnos gracias al efecto joule por su elevado consumo de potencia, y así tener un buen uso como fuente de calor en nuestro proyecto. El problema se presentó cuando se observó que en los criaderos de pollos cuando cae la noche es necesario apagar la fuente de iluminación para que las aves no sufran de insomnio provocando estancamiento en el crecimiento y engorde de los pollos o fulminantes infartos. Las lámparas de luz infrarrojas con consumo de potencia de 35w, presentan la ventaja de producir la misma cantidad de calor de un bombillo incandescente de 100w y solo un 10% de iluminación que estos, además de consumir mucha menos energía.

6.2. CAMBIO EN SISTEMA DE HUMIDIFICACIÓN

La primera opción implementada para humidificar el sistema fue la instalación de una pequeña bomba de agua en un tanque de agua conectada por medio de una manguera a un aspersor o rociador de agua (ver Ilustración 29), el incremento en el porcentaje de humedad relativa tenía una respuesta muy rápida pero el inconveniente fue que los aspersores no tienen una boquilla lo

52

suficiente fina para solo humidificar el aire si no que derrocha grandes cantidades de agua en el terreno a trabajar. Se necesitaba un humidificador con una boquilla muy fina para estar acorde con el sistema a implementar, entonces se optó por usar un humidificador ultrasónico (ver Ilustración 31) que el sistema de aspersión era apto para el uso a dar. El inconveniente presentado es que su montaje es para toma de mechero (utilizado en vehículos tradicionalmente como encendedor de cigarros o actualmente para carga de dispositivos), entonces fue necesario la implementación en nuestro prototipo de tomas de mechero con una alimentación de 12VDC. El humidificador ultrasónico implementado cuenta con una habilitación táctil para el inicio de su ciclo de trabajo después de la energización, por lo que fue necesario omitir físicamente esta habilitación para que la única habilitación del humidificador sea una salida digital del microcontrolador. Otra ventaja del humidificador ultrasónico es su diseño compacto que optimiza el prototipo realizado.

Ilustración 32 Sistema de riego, Automatización de invernadero implementado por (Muñoz Jaime, Núñez Alejandro) a Humidificador de aire ultrasónico (Mera, Cristian)

53

6.3. CAMBIO EN EL DISPOSITIVO DE REALIMENTACIÓN DEL SISTEMA DE L AZO DE CONTROL

El sensor DHT11 se eligió por vez primera al momento de la implementación de un elemento que permitiera la realimentación en variables de temperatura y humedad relativa en nuestro prototipo, fue elegido por su bajo costo aunque su resolución fuera relativamente baja por que para el sistema a implementar no era necesaria un valor de off-set de señal alta. Al realizar el controlador del lazo de control de temperatura se vio la necesidad de poner un sensor con una resolución mayor para tener un mejor control en nuestra variable. Entonces se decidió usar el sensor AMT1001 que posee una resolución decimal, es decir, los valores tanto para temperatura como humedad relativa son números con una cifra decimal.

6.4. CAMBIO DE ELEMENTO ELECTRÓNICO PAR A L A ACTIV ACIÓN DEL ENCENDIDO DE LAS LÁMPAR AS POR MEDIO DE UNA SALIDA DIGIT AL DE 5VDC

La activación del encendido de las lámparas se estaba realizando por medio de un relevo con bobina alimentada a 5VDC y contactos que permiten 10A como flujo de corriente a 220V máximo de tensión, pero debido a la velocidad y cantidad de interrupciones, que tenían una gran posibilidad de ocasionar una avería en el relé se sustituyeron por SCR´s que nos proporcionaban el mismo uso pero con la ventaja de que no tendría problemas con las interrupciones producidos por el PWM en el microcontrolador, se implementaron los SCR´s como el principio de fabricación de arrancadores suaves en su etapa de potencia para el arranque de motores.

54

7. CONCLUSION

Por medio de este proyecto de tecnología de automatización para criadero de pollos, se logró obtener una información estructurada y detallada acerca del control de calor y humedad relativa en dicho prototipo. Con este sistema se logra solucionar problemas relacionados con la crianza de pollos y el manejo adecuado de las condiciones que se requiere dar para su prospera producción. El objetivo de todo trabajador avícola es sacar al mercado productos, en este caso pollos de engorde, de excelente calidad para la rentabilidad comercial que estos le generan. No son desconocidas las enfermedades y los problemas que estos pollos de engorde sufren durante el proceso de crianza. Por este motivo, se logró implementar un sistema que permite establecer los valores de temperatura y humedad relativa en dichos galpones a través de una aplicación para cualquier dispositivo que contenga sistema operativo android. Uno de los logros obtenidos, es el ofrecer a estas personas la posibilidad de controlar y configurar su galpón desde su teléfono celular por medio de una conexión bluetooth a una distancia aproximada de 15 metros (distancia máxima de alcance en dispositivos bluetooth)

y de igual manera, darle un buen

funcionamiento. Lo cual les dará la oportunidad de tener un espacio más amplio de tiempo que les permita desarrollar otra labor por ejemplo de ganadería, agricultura, entre otras en dicha zona, y de esta manera generar un ingreso económico adicional. Cabe destacar que este sistema es posible implementarlo en diferentes regiones de Colombia. Donde, no solamente permitirá un aumento en la cantidad de aves, sino también la independencia de estas personas que trabajan en este oficio, dado que ellos mismos pueden controlar su galpón y disminuir personal y gastos por contratación. Es importante reconocer que el proyecto se encaminó por controlar estas problemáticas presentadas en los diferentes galpones, ya que la producción 55

por muerte de las aves genera un decremento en la comercialización e ingresos de estas personas. Por ello, se realizaron una serie de márgenes de ensayo y error lo cual permitió evidenciar que la temperatura y humedad relativa tiene un control adecuado que disminuirá en un alto porcentaje el estrés calórico que presentan estas aves, la hiperventilación, deshidratación y muerte por desórdenes fisiológicos. Así mismo, los cambios climáticos que se presenten en dicha zona, no impactarán negativamente el proceso que se lleva a cabo. La implementación de este prototipo logró dar referencia de las variables y características que se presentan en un galpón. Así mismo, de generar ayudas significativas para las problemáticas presentes en estos sitios, a través de pruebas realizadas, que dieron lugar a la validez del diseño propuesto y podría garantizar las óptimas condiciones en el crecimiento y desarrollo de los pollos en un galpón a escala real, lo cual se verá evidenciado en la rentabilidad de estas personas, gracias a la disminución de mortalidad de las aves y al bienestar de las mismas. El prototipo es una herramienta útil para monitorear y ajustar variables presentes durante el control de galpones, con la ayuda de un sistema operativo que permite una mayor flexibilidad en la programación y mantenimiento del mismo, teniendo en cuenta las tareas programadas, y añadiendo el control realizado en el lazo de temperatura y humedad. En este caso, el controlador proporcional permite un mejor desempeño en el sistema, ampliando la efectividad y aumentando la productividad de la planta propuesta.

56

8. BILIOGRAFIA

Alcayde Mengual, M. (2006). Clasificación climática de Köppen. Obtenido de https://historiavcentenario.wikispaces.com/file/view/Clasificaci%C3%B3n+clim%C3%A1tica+de+K%C3%B 6ppen.pdf Aragones, J., Gomez, C., Zaragosi, B., Martinez, A., Campos, D., & Linares, A. (2004). Sensores de Temperatura. Arduino(IDE). (2013). bitbucket (ArdOs IDE). Obtenido de https://bitbucket.org/ctank/ardoside/wiki/Home Arellano Peche, G. (2010). Evolución y situación actual de los costes de preducción en las granjas de broilers. Jornadas Profesionales de avicultura. Arias Sabogal, N. (2014). Dearrollo de un sistema de adquisición del nivel de presión sonora y variables climáticas utilizando sistemas embebidos. Biblioteca Digital Universidad San Buenaventura Bogotá, D.C, 8. Atmel. (s.f.). ATMega. Obtenido de http://www.atmel.com/Images/Atmel-8271-8-bit-AVRMicrocontroller-ATmega48A-48PA-88A-88PA-168A-168PA-328328P_datasheet_Complete.pdf Autómatas Programables I. (s.f.). En Alicante Torres, & C. Jara, Autómatas Programables I, Tema 6. Avian, F. (1993). Manual de Pollos de engorde. Bausá Aragonés, J., Garcia Gomez, C., Zaragozi Zaragozi, B., Gil martinez, A., Moreno Campos, D., & Galiana Linares , A. (2004). Escuela Politécnica Superior de Alcoy. Obtenido de http://server-die.alc.upv.es/asignaturas/LSED/200304/0.Sens_Temp/ARCHIVOS/SensoresTemperatura.pdf Cadena Zuluaga, A. (2012). Proyecto Avicola el Fenix. Trabajo de grado para optar el título de especialista en Zootecnia. Carvajal Azcona, Á. (2005). Hábito de consumo de carne de pollo y huevos. Calidad nutricional y relación con la salud . XLII Symposium Cientifico de Avicultura. Cequeda Olago, J. P. (2007). Enrutamiento estático. Cisco Networking Academy, Capitulo 2.

57

Cobb. (2012). Guia de Manejo del Pollo de Engorde. Obtenido de Guia de Manejo del Pollo de Engorde: http://cobb-vantress.com/languages/guidefiles/b5043b0f-792a-448e-b4a14aff9a30e9eb_es.pdf Component, E. (s.f.). TME. Obtenido de http://www.tme.eu/es/details/mb60201vxa99/ventiladores-dc-12v/sunon/mb60201vx-000u-a99/ CONtextoGanadero. (2005). Carne de res, cerdo o pollo,¿Qué prefieren los colombianos? Semana Sostenible. Corona Lisboa, J. L. (2012). Impacto del estrés calórico en la producción de pollos de engorde en Venezuela. REDVET - Revista electrónica de Veterinaria. Cruz, J., & Lutenberg, A. (2012). Introducción general a los sistemas embebidos. Simposio Argentino de Sistemas Embebidos. Estrada Parereja, M. M. (2007). Efecto de la temperatura y la humedad relativa en los parámetros productivos y la transferencia de calor en pollos de engorde. Revista colombiana de ciencias pecuarias. FEDEGAN Federación Colombiana de Ganaderos. (2015). Obtenido de http://www.fedegan.org.co/estadisticas/consumo-0 Glatz, P., & Pym, R. (2009). Alojamiento y manejo de las aves de corral en los países en desarrollo. Revisión del desarrollo avícola. Gonzales Garcia, Y., & Rodríguez Arada, A. (2008). El mundo y sus contradicciones. Desarrollo vs. Subdesarrollo. IV Conferencia Internacional La obra de Carlos Marx y los desafíos del Siglo XXI. Google. (s.f.). MIT App Inventor 2. Obtenido de http://ai2.appinventor.mit.edu/ Liu, T. (s.f.). www.aosong.com. Obtenido de http://www.aosong.com/asp_bin/Products/en/humidity%20sensor%20AM1001.pdf Meruane, C., & Garreaud, R. (2006). Determinación de humedad relativa en la atmosfera. DGF Universidad de Chile. Meruane, C., & Garreud, R. (2006). Determinación de Humedad en la Atmófera. 1-7. Morán Cerro, G., & Suárez Garcia, R. (2013). Manual de produccion de especies menores. Dirección general de Educación Tecnológica Agropecuaria, 42-43. Naranjo Giraldo, G. E. (2014). Desterritorialización de fronteras y externalización de políticas migratorias. En G. E. Naranjo Giraldo, Desterritorialización de fronteras y externalización de políticas migratorias (págs. 13-32). Nilipour H., A. (2004). Manejo Integral de pollos de engorde en climas tropicales de acuerdo a su genética actual. Quality Assurance and Investigation. Petre, S. (2012). Sistemas Embebidos. Laboratorio de Robótica y Sistemas embebidos. 58

Renteria Maglioni, O. (2007). Manúal practico del pollo de Engorde. Gobernación del Valle del Cauca, Secretaria de Agricultura y pesca. Ritzer, G. (s.f.). Teoría Sociológica Contemporanea. Obtenido de http://www.trabajosocial.unlp.edu.ar/uploads/docs/teoria_sociologica_contemporanea__ _ritzer__george.com).pdf Rodriguez, F. O. (2006). Manual Teórico-Practico para el manejo comercial de la codorniz. Biblioteca Mosaico. Torres Torriti, M. (2007). Tutorial Microcontroladores PIC. Iniciación rápida, 3-4. Vasconcelos López, R. (2009). RIP versión 2(Protocolo de enrutamiento conclase por vetor distancia). Universidad Juárez Autónoma de Tabasco. Virgoni, R. (2008). Medición de Temperatura. Instrumentación y comunicaciones Industriales, 2.

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9. ANEXOS 9.1. CÓDIGO DE PROGRAMA PRINCIPAL SO.

#include #include #include #define NUM_TASKS

5

#define sensort A1 #define sensorh A0 #define bulb 3 #define fan 5 #define humidificador 6 #define sw 7

OSSema sem, sem1, sem2, sem3;

#define QLEN 8 int qbuf[QLEN]; OSQueue msg;

void task1(void *p) { unsigned int val; while(1) { val=(unsigned int) OSDequeue(&msg); if((val>100)&&(val0){ lec=Serial.read(); // Recibiendo valores de set point Temperatura if(lec125){ sptemp =lec; flag1=1; } } // Recibiendo valores de set point Humedad if(lec219){ sph =lec; flag2=1; } }

OSEnqueue(sptemp,&msg); OSEnqueue(sph,&msg);

if(flag1==1){ sptemp=sptemp-100; flag1=0; } if(flag2==1){ sph=sph-175; flag2=0; } 62

}

if(temperatura>sptemp){ OSGiveSema(&sem); OSSleep(50); }

if(humedadsph){ OSGiveSema(&sem2);// OFF humidificador OSSleep(50); } //control de temperatura if(sptemp>=temperatura){ t=OSticks(); int ct= t-t1;//Cambio de tiempo es tiempo presente - tiempo pasado if(ct>=ts){//Cuando se cumpla el tiempo de muestreo y=temperatura; e=sptemp-y; u=c*e*255; t1=t; if(u>250){ u=255; } if(uts1){ vart=analogRead(sensort); temperatura=log(10000.0*((1024.0/vart-1))); temperatura=1/(0.001129148+(0.000234125+(0.0000000876741*temperatu ra*temperatura))*temperatura); temperatura=temperatura+26.85; t3=t2; OSEnqueue(temperatura,&msg); temperatura=temperatura-300; OSSleep(50); } //___________________________________________________________ ____________

t4=OSticks(); int ct2=t4-t5; if(ct2>ts2){ varh=analogRead(sensorh); humedad=(0.163*varh)+400; t5=t4; 64

OSEnqueue(humedad,&msg); humedad=humedad-400; OSSleep(50); } } }

void task3(void *p) { while(1) { OSTakeSema(&sem);// ON Extractores analogWrite(bulb,0); digitalWrite(fan, HIGH); } }

void task4(void *p) { while(1) { OSTakeSema(&sem1);// ON Humidificador digitalWrite(humidificador,HIGH); } }

void task5(void *p) { while(1) { 65

OSTakeSema(&sem2);// OFF Humidificador digitalWrite(humidificador,LOW); } }

void setup() { OSInit(NUM_TASKS);

Serial.begin(9600); pinMode(fan,OUTPUT); pinMode(humidificador,OUTPUT); pinMode(sw,INPUT);

OSCreateSema(&sem, 0, 1); OSCreateSema(&sem1, 0, 1); OSCreateSema(&sem2, 0, 1);

OSCreateQueue(qbuf, QLEN, &msg);

OSCreateTask(1, task1, NULL); OSCreateTask(0, task2, NULL); OSCreateTask(2, task3, NULL); OSCreateTask(3, task4, NULL); OSCreateTask(4, task5, NULL); OSRun(); } void loop(){ // Empty } 66