FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN “DISEÑO DE UNA UN A INCUBADORA AUTOMATIZADA AUTOMATIZADA PARA AUMENTAR LA PRODUCCIÓN DE POLLUELOS EN LA GRANJA KOKIS – HUARAZ, 2016 Autor(es): CACHA RIMAC, Luis GON!ALES SIL"A, SIL"A, #$or%& GUERRERO MATA, MATA, 'e* MAMANI CAPRISTANO, #ei+er UISPE MACEDO, Ro-*%i$o RI"ERA RAMIRE!, "-ess- ORDU.A MARTÍN, O+ir SALINAS "ILLAR, D-/i% SULCA CARRERA, 0-tt& Asesor: 1RIONES PERE2RA, Ri3$-r% L4e- %e I/esti-3i5: PRODUCCI6N Hu-r-7 8 Per9 ;<=
“DISEÑO DE UNA UN A INCUBADORA AUTOMATIZADA AUTOMATIZADA PARA AUMENTAR LA PRODUCCIÓN DE POLLUELOS EN LA GRANJA KOKIS – HUARAZ, 2016
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
Autor(es): CACHA RIMAC, Luis GON!ALES SIL"A, SIL"A, #$or%& GUERRERO MATA, MATA, 'e* MAMANI CAPRISTANO, #ei+er UISPE MACEDO, Ro-*%i$o RI"ERA RAMIRE!, "-ess- ORDU.A MARTÍN, O+ir SALINAS "ILLAR, D-/i% SULCA CARRERA, 0-tt&
Hu-r-7 8 Per9 ;<=
RESÚMEN
“DISEÑO DE UNA UN A INCUBADORA AUTOMATIZADA AUTOMATIZADA PARA AUMENTAR LA PRODUCCIÓN DE POLLUELOS EN LA GRANJA KOKIS – HUARAZ, 2016
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
Autor(es): CACHA RIMAC, Luis GON!ALES SIL"A, SIL"A, #$or%& GUERRERO MATA, MATA, 'e* MAMANI CAPRISTANO, #ei+er UISPE MACEDO, Ro-*%i$o RI"ERA RAMIRE!, "-ess- ORDU.A MARTÍN, O+ir SALINAS "ILLAR, D-/i% SULCA CARRERA, 0-tt&
Hu-r-7 8 Per9 ;<=
RESÚMEN
Para Para Obtener Los Mejores Mejores Resultados, Resultados, las incubadoras artifciales artifciales permiten un control automatizado y continuo de temperatura y humedad ambiental mediante orzadores orzadores de aire, existen modelos de incubadoras con capacidad desde unas pocas docenas hasta miles de huevos. l valor de las variables depende de la especie !ue se desea controlar, en el caso de los polluelos la temperatura optima es de "# $% y la humedad para la eclosi&n es de '( ), mediante este trabajo de investi*aci&n se llev& a cabo el control de dichas variables todo a partir de un microcontrolador en conjunto con un sistema mec+nico. ambi-n diseado exclusivo para este proyecto. /l fnal de este proyecto se lo*r& obtener un sistema inte*rado totalmente uncional, despu-s de llevar acabo del mismo.
ABSTRACT
o o obtain the best results, artifcial incubators allo0 automated and continuous control o temperature and humidity throu*h air orcin*, there are models o incubators 0ith capacity rom a e0 dozen to thousands o e**s. he value o the variables depends on the species to be controlled, in the case o the chic1s the optimal temperature is "# $ % and the hatchin* humidity is '(), throu*h this research 0or1 0as carried out the control O said variables all rom a microcontroller in conjunction 0ith a mechanical system. /lso desi*ned exclusively or this project. /t the the end end o this this proj projec ectt it 0as 0as poss possib ible le to obta obtain in a ully ully unc uncti tion onal al inte*rated system, ater carryin* out the same.
I.
INTRODUCCIÓN
/ lo lar*o de la historia, los seres humanos han tenido una estrecha relaci&n con las aves, ya !ue -stas han sido una uente muy importante de alimento, al proporcionar carne y huevos. sta investi*aci&n ue realizada en la ciudad de 2uaraz, donde existen diversas *ranjas de aves. s por ello !ue se describe la problem+tica !ue tiene la *ranja 3o1is ubicado en 4r. /u*usto 5 Le*u6a de la ciudad de 2uaraz, especializada en la producci&n de aves, la cual tiene un bajo rendimiento en la producci&n, ya !ue las *allinas reproductoras no tienen la capacidad de incubar todos los huevos, por lo !ue muchos no terminan el proceso de incubaci&n. sto debido a !ue las condiciones ambientales no avorecen el proceso de incubaci&n. l presente proyecto tiene por t6tulo 789:;O 8 <=/ 9=%<5/8OR/ /<OM/9>/8/ P/R/ /
, B(CDE, en la cual nos planteamos la si*uiente pre*untaF G%&mo inHuye un sistema automatizado en la producci&n de aves en la *ranja 3o1is de ciudad de 2uarazI J as6 se *ener& las si*uientes pre*untas espec6fcasF G%&mo se construir+ la 9ncubadora /utomatizada para aumentar la producci&n de aves en la *ranja 3o1isI GLas condiciones de temperatura y humedad de la 9ncubadora automatizada ayudar+n en la producci&n de aves en la *ranja 3o1isI Para el estudio realizado, el principal objetivo ue /umentar la producci&n de aves en la *ranja 3o1is de la cuidad de 2uaraz. 8ando ori*en a los si*uientes objetivos espec6fcosF 8isear una incubadora automatizada para la producci&n de aves en la *ranja 3o1is de ciudad de 2uaraz. J Mantener la temperatura y humedad de la incubadora automatizada. n el proceso de realizar el presente proyecto, se tomaron como reerencia al*unos estudios realizados anteriormente. ntre estas se tiene como antecedente a la <=9KR:98/8, %9=%9/ J :O%98/8 75OL9K9/=/E, B(C( con el proyectoF PROJ%O 8 9=%<5/8OR/ /R:/=/L 8 POLLO: P/RR9LLRO:. %uyo objetivo ue construir prototipos de incubadora de huevos de *allina con capacidad m+xima de cincuenta y sesenta huevos por camada. Para incentivar a personas de escasos recursos para la construcci&n de incubadoras artesanales con el prop&sito amiliar para su propio consumo o comercial elevar su nivel de vida econ&mico. J
conclusiones si*uientesN el proyecto es viable debido a !ue todos los componentes son de bajo costo, a excepci&n del termostato. l costo unitario de producci&n por pollito es de aproximadamente 5s ".(. 9ncluyendo el huevo -rtil, incubaci&n y el primer mes de crecimiento %osto total de abricaci&n de la incubadora es 5s '(. n un ao se pueden encubar #(( huevos !ue son i*ual a CD carnadas. n promedio vivir+n '(( pollitos. La utilidad neta es de aproximadamente 5s B( anuales considerando el precio de venta del pollito de 5s ".(. :e re!uieren conocimientos previos en la selecci&n, ertilidad y manejo de los huevos para tener un mayor porcentaje de producci&n. l sistema de construcci&n es muy sencillo. La inversi&n se amortiza en menos de un ao. :e puede considerar esta incubadora para cual!uier especie de huevos, siempre y cuando se considere la temperatura y la humedad y otros aspectos para la incubaci&n. ambi-n el estudio realizado por 49M=>, Omar B(C", su proyecto ue 8:/RROLLO 8 <=/ 9=%<5/8OR/ /<OM/9>/8/ 8 @/LL<:Q@/LL<: %O= M9%RO%O=ROL/8OR:, cuyo objetivo principal ue desarrollar un sistema automatizado de incubaci&n para desarrollo de cr6as de polluelos @allusQ*allus. Lle*& a las si*uientes conclusiones n conclusi&n los resultado del comportamiento de las variables ueron las esperadas, el e!uipo tambi-n ya ha sido probado durante el nmero de d6as del proceso, como prueba de estr-s para !ue verifcar !ue este se comporta idealmente, y !ue puede llevar a cabo el proceso completo sin necesidad de interrumpirlo y !ue no necesite mantenimiento durante el proceso, actualmente el e!uipo est+ listo para para iniciar el proceso real. :e tuvieron al*unas difcultades durante el proceso, al principio no se pens& en implementar un reloj de tiempo real para el proceso del volteo, se pensaba hacer nicamente con los timers del microcontrolador, pero era muy inexacto, y ten6a un aumento de tiempo a lo lar*o de los d6as, a pesar de haber hecho una unci&n para compensar estos tiempo, por esto !ue se decidi& usar el R%, lo cual permiti& un excelente comportamiento debido a su precisi&n, otra de las difcultades ue el comportamiento de la temperatura en su etapa inicial, pero una vez calibrado despu-s de una toma de muestras y *rafcas de los datos se lo*r& calibrar y ajustar al comportamiento deseado.
%omo alternativa al problema se plante& la elaboraci&n de una 9ncubadora /utomatizada, la cual dispondr+ de caracter6sticas temperatura, humedad y volteo de huevos avorables para una efciente incubaci&n y *arantizando !ue todos los huevos eclosionen. ste proceso se inici& con la elaboraci&n de una estructura hecha a base de melanina, la cual ayuda a mantener la temperatura adecuada. Para obtener los mejores resultados, se realiz& un control automatizado y continuo de temperatura y humedad ambiental. sta 9ncubadora ayudar+ en *ran medida a la *ranja 3o1is, ya !ue contamos con reerencias de !ue una 9ncubadora /utomatizada puede aumentar la producci&n de aves.
II.
MARCO TEÓRICO II.1. LAS PARTES PRINCIPALES DEL HUEVO Los componentes principales de un huevo sonF la yema, albumina
y c+mara de aire, est+ prote*ido por una cascara caliza muy del*ada, pero duraN la cascara permite la respiraci&n al dejar pasa r el ox6*eno, a trav-s de los minsculos poros de su superfcie. 2asta !ue el polluelo sea capaz de romper la c+scara, la respiraci&n nicamente puede ocurrir con la ayuda del ox6*eno !ue pasa a trav-s de estos poros. S9@
/dem+s de esta c+scara porosa, el huevo contiene dos membranas !ue tambi-n inHuyen en el desarrollo del polluelo. stas membranas est+n alineadas muy juntas dentro de la c+scara
pero !ue conservan una separaci&n con la c+scara y entre ellas. La membrana m+s pe*ada a la c+scara se denomina 7membrana exterior de la cascara,E y la !ue est+ en contacto con la albmina se le denomina 7membrana interior de la cascaraE
S9@
8urante la incubaci&n, la c+mara de aire situada en el extremo m+s ancho del huevo se orma como resultado de la separaci&n de las dos membranas.
S9@
II.2. INCUBACION Podemos defnir al r-*imen de incubaci&n como el conjunto de
actores 6sicos presentes en el medio ambiente !ue rodea al huevo. Los actores !ue lo inte*ran sonF temperatura, humedad, ventilaci&n y volteo de los huevos. 8e todos ellos la
temperatura es el actor de mayor importancia, ya !ue, pe!ueas variaciones en sus valores pueden resultar letales para muchos mbriones. Los cambios !ue tienen lu*ar en el huevo durante la incubaci&n se presentan re*idos por leyes 6sicas. stos cambios se producen, con normalidad, solamente bajo niveles determinados de temperatura, humedad, contenido !u6mico del aire y posiciones del huevo. Por otra parte, el mismo huevo incubado modifca el medio !ue lo rodea al emitir calor, *ases y vapor de a*ua. l huevo sometido al calor propio de la incubaci&n, !ue se desarrolla en torno a los "'.' U%, ad!uiere vida y se convierte en embri&nN -ste va creciendo, y lo !ue en un principio era un pe!ueo punto insi*nifcante va ad!uiriendo ormaN el embri&n se va nutriendo de las sustancias !ue contiene la yemaN a medida !ue el uturo ser va creciendo, va extendi-ndose primero por la yema, y despu-s por la clara hasta abarcar la totalidad del interior.
II.3.
LA INCUBADORA. Proceso de ic!"#ci$% &#r'(e)ros # cosider#r l diseo de una incubadora es en esencia una soluci&n de
in*enier6a a los par+metros biol&*icos de temperatura, humedad, recambio de aire y volteo. Previamente a la
introducci&n de los huevos en la incubadora hemos de *raduar perectamente la temperatura y la humedad ya !ue una vez introducidos es m+s di6cil *raduar estos par+metros. s recomendable !ue la incubadora estcolocada en una habitaci&n con una temperatura comprendida entre los C y B"U %. y, !ue esta habitaci&n, ten*a una buena ventilaci&n pero sin corrientes de aire. Te(&er#)!r# l calentamiento de los huevos durante la incubaci&n
artifcial se produce mediante el intercambio de calor entre el aire y los huevos. 8e ah6 se deriva, !ue la temperatura del aire se constituye en el actor undamental en este proceso. La temperatura de las incubadoras se enmarca "# *rados %. s necesario disminuir el nivel de temperatura durante los ltimos d6as B a " de incubaci&n, es decir, !ue la temperatura se ajusta se*n las etapas de incubaci&n. Re*#ci$
e)re
*#
)e(&er#)!r#
de*
#ire
de
*#
ic!"#dor# + *os ,!e-os ic!"#dos. /l comienzo de la incubaci&n, los embriones no est+n
preparados uncionalmente ni inor*+nicamente para emitir calor. Por esto reaccionan como los or*anismos de san*re r6a, es decir, cuando la temperatura del aire se eleva, aumenta el metabolismo de los embriones. :i la temperatura disminuye, el metabolismo decrece i*ualmente. Por tanto, el aumento de la temperatura avorece la multiplicaci&n celular, la ormaci&n de las capas y las membranas embrionarias alantoides, corion, amnios y saco vitelino, as6 como la nutrici&n. n resumen, se incrementa el ritmo de crecimiento y desarrollo de los embriones. /l fnal de la incubaci&n, cuando ya la emisi&n de calor por parte del huevo es alta, la disminuci&n de la temperatura dentro de los l6mites normales acta, por su parte, de orma completamente inversaN estimula el consumo de los nutrientes o lo !ue es lo mismo, acelera el metabolismo y el desarrollo en los embriones.
Co)ro* de *# )e(&er#)!r# d!r#)e e* &roceso de ic!"#ci$. Mantener el nivel de temperatura en un valor estable
durante el proceso de incubaci&n no es +cil. Para lo*rar esta exi*encia se necesita un ajuste casi perecto de todos los sistemas de la incubadora y un trabajo efciente de los instrumentos de control de los actores de incubaci&n. Para !ue se manten*a un nivel &ptimo de temperatura en el interior del *abinete de incubaci&n es necesario contar con una interrelaci&n muy estrecha entre los sistemas de humedad, ventilaci&n por un lado y la temperatura por el otro. La temperatura ideal es de "','U % C((U S. l nivel m+ximo de tolerancia debe ser de "# U % l nivel m6nimo de tolerancia debe ser de "' U % H!(ed#d 8e la humedad del aire depende el calentamiento y la
evaporaci&n de a*ua de los huevos. / mayor temperatura del aire, mayor ser+ la cantidad de vapores de a*ua !ue el mismo puede lle*ar a contener. Por otra parte, el aire seco es mal conductor de calor y, por tanto, se hace necesario humedecerlo a fn de lo*rar el necesario calentamiento de los huevos. 8e los huevos se evapora a*ua durante la incubaci&n, m+s o menos en unci&n de la etapa de incubaci&n. 8urante la incubaci&n el huevo pierde a*ua constantemente, lo !ue es imposible de evitar, no obstante, el r-*imen de humedad !ue se establezca ha de ir diri*ido a disminuir la evaporaci&n de a*ua de los huevos durante la primera semana de incubaci&n y acelerarla a partir de la mitad de la incubaci&n. La p-rdida de a*ua por evaporaci&n ocasiona tambi-n la p-rdida de calor de los huevos. 8e esto se infere !ue, en los primeros d6as de incubaci&n resulta desventajosa una evaporaci&n excesiva de a*ua, en tanto !ue durante la se*unda mitad de la incubaci&n, la evaporaci&n de a*ua es necesaria al contribuir a la eliminaci&n del calor excesivo contenido en el huevo. /l
fnal del proceso de incubaci&n se hace necesario elevar la humedad a fn de acilitar el reblandecimiento de las membranas de la c+scara y, con ello, el pelaje de la misma. Por tanto en los ltimos d6as de incubaci&n, cuando las reservas de a*ua en el huevo han sido a*otadas, es necesario elevar la humedad relativa del aire en el *abinete a fn de evitar el desecamiento de las membranas de la c+scara y del plum&n de los pollitos en ase de eclosi&n. •
Ve)i*#ci$ l problema de la ventilaci&n debe ser abordado desde dos
+n*ulosF la circulaci&n de aire propiamente dicha y la re ventilaci&n o recambio de aire. Mediante el aire !ue circula en el interior lle*a a los huevos el calor y la humedad necesarios. Por otra parte, el recambio de aire constante es necesario para la extracci&n del exceso de calor !ue pudiera acumularse en el interior del *abinete de incubaci&n y ase*urar la pureza del aire. 8urante la incubaci&n el huevo absorbe ox6*eno y elimina anh6drido carb&nico en *ran cantidad.
Vo*)eo de* ,!e-o n la incubaci&n natural, las aves voltean los huevos !ue
incuban con cierta recuencia, de ah6 !ue en el proceso de incubaci&n artifcial sea necesario repetir este procedimiento mediante medios mec+nicos. l volteo de los huevos en la primera semana de incubaci&n permite la ormaci&n adecuada de la membrana extraembrionaria, mientras !ue la ltima semana evita mala posici&n de los
embriones ona et al. B((" l desarrollo de los embriones transcurre normalmente s&lo cuando los huevos son volteados peri&dicamente durante los primeros C# d6as de incubaci&n, el volteo se re!uiere para prevenir la adhesi&n prematura del polluelo con el interior de la cascara de la membrana Vilmerin*. CW##. l huevo, como se ha explicado antes, pierde a*ua durante todo el per6odo de incubaci&n, es decir, sure un proceso de desecamiento. Por este motivo, el embri&n est+ expuesto a pe*arse las membranas internas de la c+scara, lo !ue puede provocar su muerte, en particular durante los primeros seis d6as de incubaci&n. La recuencia de volteo &ptima es cada B horas. l *iro debe alcanzar los *rados. II.. DESARROLLO EMBRIONARIO n la si*uiente tabla se muestran los dierentes si*nos de
desarrollo embrionario durante los BC d6as de incubaci&n.
TABLA N/ 1% SI0NOS DEL DESARROLLO EMBRIONARIO DURANTE 21 DAS DE INCUBACIÓN.
S<=F /K9%
II.. ECLOSION l proceso de eclosi&n empieza d6as antes de poder observar al
polluelo. Primero, hacen un a*ujero a trav-s de la membrana de la c+scara interna hacia la c+mara de aire. La primera seal para identifcar esto es un pe!ueo orifcio con orma de estrella, de CY# pul*adas de lado a lado. Lle*ado este momento es necesario ajustar la humedad de D) a #() y esperar. :i escuchamos cuidadosamente, se oir+n *olpes suaves como sonidos acompasados. l huevo comenzar+ teniendo una pe!uea rajadura y en CB o CD horas esos sonidos ser+n m+s uertes. 8espu-s de B horas, durante las cuales el pe!ueo a*ujero no se a*randar+ demasiado, se podr+ escuchar un leve piar. sto indica !ue los pulmones est+n trabajando, y !ue el polluelo est+ respirando. 8espu-s de unas cuantas horas el polluelo realiza una pe!uea l6nea de a*ujeritos !ue eventualmente ormar+n un c6rculo en la c+scara esto puede
llevar B horas aprox. :i no se presentan inconvenientes, no es necesario ayudarN esto si*nifca !ue no hay !ue romper la c+scara y extraer al polluelo. :i se le ayuda prematuramente se corre el ries*o de !ue la yema no haya sido reabsorbida, causando la muerte del polluelo. s preerible !ue ten*a !ue realizar un trabajo duro y prolon*ado para poder as6 tener un nacimiento saludable y absorber el saco vitelino. :i el polluelo aparece pe*ado a las membranas de la c+scara para liberarlo se le aade una *ota de a*ua destilada. l reHejo del polluelo !ue lo lleva a picotear la c+scara tiene su ori*en en una alta de ox6*eno y un exceso de di&xido de carbono dentro del huevo. Por eso no se debe romper la c+scara prematuramente, al no producirse el picoteo, ori*ina un polluelo d-bil. / partir del d6a C# de incubaci&n no deben voltearse los huevos, pudi-ndose ver a partir del d6aCW y B( huevos picados e inici+ndose el nacimiento de los pollitos. II..
COMPONENTES A EMPLEAR Microco)ro*#dores% Los microcontroladores son una
computadora dentro de un solo circuito inte*rado, ya !ue cuentan con una unidad central de procesamiento, memoria y peri-ricos de entrada y salida. :u diseo para reducir el costo econ&mico y el consumo de ener*6a de un sistema en particular los vuelven de *ran utilidad. l tamao de la unidad central de procesamiento, la cantidad de memoria y los peri-ricos incluidos depender+n de la aplicaci&n.
S9@
TAR4ETA ARDUINO La tarjeta /rduino, contiene para interacci&n con el usuario trece
entradasYsalidas di*itales, seis entradas anal&*icas y un puerto serial !ue permite realizar comunicaci&n con peri-rico, adem+s de un puerto serial una conexi&n <:5, en la f*ura podemos observar la localizaci&n de las ntradas anal&*icas y di*itales como los pines de alimentaci&n. ambi-n tiene un pulsador para resetear cual!uier allo !ue exista en los procesos !ue se vayan a realiza con la tarjeta /rduino. n este caso se seleccion& el modelo / M@/"B#P y se hace menci&n de las caracter6sticas !ue se utilizaron en este proyecto.
S9@
/rduino es una placa con un microcontrolador de la marca /tmel y con toda la circuiter6a de soporte, !ue incluye, re*uladores de tensi&n, un puerto <:5 n los ltimos modelos, aun!ue el ori*inal utilizaba un puerto serie conectado a un m&dulo adaptador <:5Q:erie !ue permite pro*ramar el microcontrolador desde cual!uier P% de manera c&moda y tambi-n hacer pruebas de comunicaci&n con el propio chip.
en orma de variaciones continuas de un voltaje. Las salidas anal&*icas suelen utilizarse para enviar seales de control en orma de seales PVM. /rduino <=O es la ltima versi&n de la placa, existen dos variantes, la /rduino <=O convencional y la /rduino <=O :M8. La nica dierencia entre ambas es el tipo de microcontrolador !ue montan. La primera es un microcontrolador /tme*a en ormato 89P. J la se*unda dispone de un microcontrolador en ormato :M8. =osotros nos decantaremos por la primera por!ue nos permite pro*ramar el chip sobre la propia placa y despu-s inte*rarlo en otros montajes. E)r#d#s + s#*id#s %ada uno de los C pines di*itales se puede usar como
entrada o como salida. Suncionan a K, cada pin puede suministrar hasta ( m/. La intensidad m+xima de entrada tambi-n es de ( m/. %ada uno de los pines di*itales dispone de una resistencia de pullQup interna de entre B(3Z y ( 3Z !ue est+ desconectada, salvo !ue nosotros indi!uemos lo contrario. /rduino tambi-n dispone de D pines de entrada anal&*icos !ue trasladan las seales a un conversor anal&*icoYdi*ital de C( bits Pies es&eci#*es de e)r#d# + s#*id# R6 + T6 :e usan para transmisiones serie de seales L. •
I)err!&cioes e7)er#s Los pines B y " est+n conf*urados para *enerar una
interrupci&n en el atme*a. Las interrupciones pueden dispararse cuando se encuentra un valor bajo en estas entradas y con Hancos de subida o bajada de la entrada. •
P8M /rduino dispone de D salidas destinadas a la *eneraci&n de
seales PVM de hasta # bits. •
SPI Los pines C(, CC, CB y C" pueden utilizarse para llevar a
cabo comunicaciones :P9, !ue permiten trasladar inormaci&n ull dplex en un entorno MaestroYsclavo.
•
I2C Permite establecer comunicaciones a trav-s de un bus 9B%.
l bus 9B% es un producto de Phillips para interconexi&n de sistemas embebidos. /ctualmente se puede encontrar una *ran diversidad de dispositivos !ue utilizan esta interaz, desde pantallas L%8, memorias PROM, sensores. A*i(e)#ci$ Puede alimentarse directamente a trav-s del propio cable
<:5 o mediante una uente de alimentaci&n externa, como puede ser un pe!ueo transormador o, por ejemplo una pila de WK. Los l6mites est+n entre los D y los CB K. %omo nica restricci&n hay !ue saber !ue si la placa se alimenta con menos de 'K, la salida del re*ulador de tensi&n a K puede dar menos !ue este voltaje y si sobrepasamos los CBK, probablemente daaremos la placa. La alimentaci&n puede conectarse mediante un conector de B,Cmm con el positivo en el centro o directamente a los pines Kin y @=8 marcados sobre la placa. 2ay !ue tener en cuenta !ue podemos medir el voltaje presente en el jac1 directamente desde Kin. n el caso de !ue el /rduino est- siendo alimentado mediante el cable <:5, ese voltaje no podr+ monitorizarse desde a!u6. Sesor de )e(&er#)!r# + ,!(ed#d DHT22 l 82BB :ensor di*ital de temperatura y humedad.
capacitivo de humedad y un termistor para medir el aire circundante, y muestra los datos mediante una seal di*ital en el pin de datos no hay pines de entrada anal&*ica. s bastante simple de usar, pero re!uiere sincronizaci&n cuidadosa para tomar datos. l nico inconveniente de este sensor es !ue s&lo se puede obtener nuevos datos una vez cada B se*undos, as6 !ue las lecturas !ue se pueden realizar ser+n como m6nimo cada B se*undos. :us &rici&#*es c#r#c)er9s)ic#s :eer#*es sonF o /limentaci&nF "."v A .v, tomando como valor o
recomendado v. Resoluci&n decimal, es decir, los valores tanto para humedad como para temperatura ser+n nmeros con una cira decimal.
o
iempo de muestreoF B se*undos, es decir, s&lo nos
puede orecer datos cada B se*undos. n cuanto a sus &res)#cioes *e+edo )e(&er#)!r# F o Ran*o de valores desde Q(U% hasta #(U% de o
o
temperatura. Precisi&nF [(.U%,
[CU%
como
m+ximo
en
condiciones adversas. iempo de respuestaF \C( se*undos, es decir, de
media, tarda menos de C( se*undos en reHejar un cambio de temperatura real en el entorno. :i hablamos de sus &res)#cioes *e+edo ,!(ed#d re*#)i-#F Ran*o de valores desde () hasta WW.W) de o o o
2umedad Relativa. Precisi&nF [B)R2, a una temperatura de BU%. iempo de respuestaF \ se*undos, es decir, de
media, tarda menos de se*undos en reHejar un cambio de humedad relativa real en el entorno. /dem+s, para darse esta afrmaci&n, los tests indicaron !ue la velocidad del aire debe ser de C mYs. =uevamente estamos ante un sesor (odes)o, pero !ue ya nos es v+lido para un mont&n de proyectos caseros y semiQproesionales. :iempre y cuando no se re!uiera de una medici&n constante ni milim-trica, el sesor DHT22 es un fel candidato.
Ser-o(o)or Es)'d#r S0515 :ervomotor standard de prop&sito *eneral y tor!ue medio. Puede
rotar aproximadamente C#( *rados W( en cada direcci&n. Puede utilizarse cual!uier c&di*o, hard0are o librer6as de servomotor para su control. :e puede controlar el movimiento de objetos con re*ular precisi&n. BU4IA
los motores di-sel a arrancar. n condiciones de r6o, al*unos motores di-sel pueden tener difcultades en arrancar por!ue la masa del blo!ue del cilindro y el propio cilindro absorben el calor de la compresi&n, impidiendo la i*nici&n. n estos motores se usan buj6as
de precalentamiento, las cuales diri*en su calor hacia el blo!ue del motor alrededor de los cilindros. sto ayuda a reducir la diusi&n t-rmica !ue ocurre cuando el motor trata de arrancar. Las buj6as de precalentamiento son una pieza de metal con orma de l+piz con un elemento caleactor en la punta. %uando una corriente el-ctrica Huye a trav-s de este elemento, se produce una *ran cantidad de calor debido a su resistencia el-ctrica. stas buj6as de precalentamiento o calentadores solo entran en uncionamiento para arrancar un motor di-sel y no durante su uncionamiento normal. =o deben conundirse con la buj6a de los motores de *asolina. RELE
M&dulo Relay, # canales K8% Modelo MO8QRL#%2 8entro de la *ran variedad de proyectos !ue podemos realizar con Microcontroladores, podemos lle*ar a desear controlar componentes de alto amperaje o alto voltaje, los cuales no podremos controlar directamente desde nuestro microcontrolador. %on este m&dulo podremos controlar Motores /% BB(K, Motores 8%, solenoides, bombillas de luz, electrov+lvulas y una *ran variedad de actuadores m+s. l modulo contiene # Relays de alta calidad, abricados por :on*le, capaces de manejar hasta B(KYC(. %ada canal posee un optoacoplador para un uso se*uro y un Led indicador de estado. :u diseo acilita el trabajo con /rduino, al i*ual !ue con muchos otros sistemas como P9% o RaspberryPi. :P%9S9%/%9O=: ]%=9%/: ^ Koltaje de Operaci&nF K 8% ^ :eal de %ontrolF L ^ =U de RelaysF # ^ %apacidad m+xF C(/YB(K/%, C(/Y"(K8% ^ %orriente m+xF C(/ =O, / =% ^ iempo de acci&nF C(msYms VENTILADOR Marca :cythe Modelo :JCB(C(LQL8 •
• • • • • • • • • • •
=ombre del modelo Mini 3aze L8 /o de abricaci&n B((W Peso del producto "D * 8imensiones del producto x x C cm =mero de modelo del producto :JCB(C(LQL8 =mero de producto 'CBB("BC Otras caracter6sticas 9ntencidad nominalF (.CC / =ivel de ruido C d5 Suente de alimentaci&n CBK 8escripci&n de la bater6a CBK Pilas Y bater6as incluidas =o
HUMI;ICADOR Modelo /%Q2
sencilla, la t-cnica m+s simple es la evaporaci&n por calor pero consume *randes cantidades de ener*6a. xiste un m-todo alternativo para lo*rar una niebla de a*ua utilizando ultrasonido, una superfcie piezoel-ctrica es excitada a una recuencia elevada !ue al contacto con el a*ua l6!uida hace !ue se ormen instant+neamente *otas de di+metros de hasta C micr&n. :e puede utilizar para aumentar la humedad relativa en ambientes muy secos como en los ho*ares en zonas andinas, o en c+maras ri*or6fcas para mantener la rescura de los alimentos. :e recomienda cambiar el a*ua l6!uida constantemente y mantener limpio el recipiente. =o invertir la polaridad del dispositivo. ESPECI;ICACIONES T
LCD Permitir visualizar datos, a*re*ar mens. ste :hield posee un L%8
BxCD y D pulsadores, as6 podr+s visualizar e in*resar datos al /rduino. l L%8 utiliza pines para datos, B para control y C para el manejo
del bac1li*ht. Los pulsadores solo utilizan C pin anal&*ico, ahorrando pines para otros usos. ste :hield trabaja con la librer6a _Li!uidcrystal_ !ue viene incluida por deecto en el 98 de /rduino, por lo !ue podemos utilizar los pro*ramas !ue vienen de ejemplo para la librer6a, tan solo hay !ue modifcar una l6nea de c&di*oF Li!uid%rystal lcd #,W,,,D,' :P%9S9%/%9O=: ]%=9%/: Koltaje de Operaci&nF K Pulsadores /rriba, /bajo, 8er, 9z!, :eleccionar Pulsador de R:, para reiniciar el pro*rama de • • •
• • •
III.
/rduino Potenci&metro para re*ular el contraste xpansi&n de pines /nal&*icos =o usar el pin C( cuando se usa este :hield
MATERIALES = M
o de i-es)i:#ci$
VARIABLES% 8P=89= 9ncubadora automatizada.
9=8P=89= /umentar la producci&n de polluelos. Por su diseo el presente trabajo ue no experimental de tipo transaccional, se*n la intervenci&n el estudio es observacional y se*n el nmero de variables de inter-s involucrados en el estudio es anal6tico. POBLACIÓN% l objeto de estudio para el presente trabajo de investi*aci&n
ueron C(( *allinas ponedoras de la *ranja de 3O39:. MUESTRA%
:e tiene como muestra a #( *allinas ponedoras.
IV.
DISE?O DE LA INCUBADORA AUTOMATI@ADA Para realizar la construcci&n de la incubadora automatizada, se
realiz& un diseo !ue consiste en una estructura de melanina de "".cm de lar*o, "cm de proundidad y . cm de alto. %on un sistema mec+nico a base de un motoreductor !ue hace *irar las parrillas !ue se encuentran inclinadas para lo*rar el volteo de los huevos, estas est+n atornilladas a las paredes de la incubadora, la charola ser+ de aluminio y triplay. ambi-n se utilizar+ una serie de componentes !ue actuar+n en el proceso de automatizaci&n. stos componentes sonF rel-, arduino, protoboard, bu*6a, motoreductor, sensor de temperatura y humedad, humidifcador.
Si*ura 'F 5O:`<4O 8 L/ 9=%<5/8OR/ IV.1. Es)r!c)!r# #r(#$% La estructura principal de la incubadora est+ elaborada con
placas de melanina l modulo !ue contendr+ las plataormas de los huevos se ensambl& individualmente de orma cbica con placas de "B"" cm.
S9@?= 8 L/ 9=%<5/8OR/
IV.2. Circ!i)o de *# ic!"#dor#% ;UNCIONAMIENTO 0ENERAL% Primero unciona la uente, se*uido del arduino, este manda los
pulsos para el uncionamiento de todos los actuadores ventilador, buj6a y humidifcador posteriormente el sensor recopila toda la inormaci&n hasta !ue lle*uen a las condiciones re!ueridas, temperatura "#$%, humedad '(), para lue*o mandar un pulso y apa*ar los actuadores por el tiempo en !ue las condiciones se manten*an. ;UNCIONAMIENTO DETALLADO% Sis)e(# c#*e#c)or% :e utiliza una buj6a conectado a un •
rel- alimentado a CB K, este a su vez est+ conectado al arduino en el P9= CC, !ue manda una seal de v, !ue permite abrir yYo cerrar el circuito del rel-, para encender o apa*ar la buj6a. Los intervalos de tiempo de encendido y apa*ado de los contactares del rel- est+n dadas por la temperatura a la
•
!ue se encuentra la incubadora la cual est+n estandarizadas en la pro*ramaci&n del arduino !ue es captada a trav-s del sensor 82BBF Ver #e7o 53 Sis)e(# ,!(idic#dor% l humidifcador consta de dos partes necesarias para su uncionamiento, la primera consta de un piezoel-ctrico !ue al momento de sumer*irse en el a*ua emite vibraciones ultras&nicas, !ue separa el ox6*eno del a*ua y la lleva a la superfcie. La se*unda parte consta de un culer !ue permite impulsar las mol-culas de hidro*eno y oxi*eno dispersas en la superfcie y llevarlas al exterior, la cuales comienzan a enlazarle nuevamente y *eneran humedad en el ambiente de la incubadora, al ser un sistema de vibraci&n ultras&nico, obtenemos humedad en el ambiente sin necesidad de *enerar calor adicional !ue pueda perjudicar el e!uilibrio con el sistema de caleacci&n ya instalada. l sistema de vibraci&n ultras&nica esta conectada a una uente de B K con un re!uerimiento (.# / para su uncionamiento y el culer est+ alimentado de CB K. ste sistema est+ conectado a un rel- !ue a su vez va conectado al arduino en el P9= n$ CB, el arduino abrir+ o cerrara el contactor del rel- bas+ndose en el porcentaje de humedad estandarizada en su pro*ramaci&n -er #e7o /3 para lo cual necesitara del sensor 82BB para obtener los datos reales de humedad en el ambiente de la incubadora. Sis)e(# de -o*)eo% l sistema de volteo consta de una plataorma m&vil !ue a trav-s de sistemas mec+nicos *ira $ a cada lado esta plataorma est+ diseado para soportar CB huevos y *irar sin !ue estos se cai*an. La plataorma tiene una pieza 6sica !ue va conectada al motorreductor, a trav-s de un sistema de en*anche la cual permite !ue *ire a la vez inclinar la plataorma a $ a cada lado sin interrumpir la rotaci&n del motoreductor. La activaci&n del motoreductor est+ conectado al arduino a trav-s de un delay instalada en su pro*ramaci&n -er
#e7o / 3 no obstante la conexi&n entre el
motoreductor y el arduino solo se da a trav-s del uso de un transistor BBBB. Sis)e(# de idic#dor% l L%8 est+ conectado directamente al arduino el cual tiene una pro*ramaci&n -er #e7o / 3 !ue permite al L%8 mostrar valores reales de humedad y temperatura dentro de la incubadora. IV.3. Sis)e(# de *# &*#)#or(# &#r# ,!e-os. Para !ue el incubado de los huevos sea an m+s eectiva es
necesario !ue los huevos *iren al menos $ de lado a lado en un intervalo de tiempo espec6fco. Primero, se adapt& la plataorma !ue sostendr+ los huevos, estas est+n elaboradas de triplay de BC x B cm y tienen un diseo til para sostener los huevos, la adaptaci&n consto en ad!uirir una plataorma !ue conten*a CB huevos en una distribuci&n de "x. n se*undo lu*ar, se acoplo un soporte principal como eje debajo de la plataorma para hacer !ue esta *ire de lado a lado. l primer extremo se acomoda en una ranura de la incubadora para !ue sosten*a la plataorma en el aire. l se*undo extremo se dobla a W($ y W($ otra vez dejando una f*ura de 7LE invertida y se coloca en una barra de aluminio !ue lo sostendr+ sta barra al correr de lado a lado provoca el movimiento de la plataorma de los huevos y nos permite obtener la inclinaci&n necesaria para el mismo. La barra !ue est+ hecha de aluminio tiene acoplado soldado un trozo de alambre o barra met+lica !ue se est+ conectada a un acople similar y dierente a la vez al del se*undo extremo de la plataorma de los huevos y a su vez est+ conectado al motor. l motor al producir su rotaci&n har+ !ue la barra tambi-n *ire, pero una simple instalaci&n impedir6a !ue el motor avance m+s all+ de los $, es a!u6 donde el acople especial toma su unci&n y permite al motor *irar completamente *racias al diseo del acople.
S9@
V.
RESULTADOS
velocidad Kentilador B"(Q BW(rpm peso de huevo
pesoYunida PesoYdoce d na D((Q'B( (QD( *r *r
5uj6a
potencia " 0atts
Los resultados logrados en la elaboración y evaluación de la incubadora son satisfactorios, ya que se pudo comprobar que si es posible hacer las modificaciones en base a los requerimientos. En relación a la temperatura de 38°C se observó que se pudo lograr llegar a su punto de equilibrio ya que se comprobó con un termómetro ara el momento en el que se escribe esta parte del informe, los huevos puestos en la incubadora llevan !8 d"as y se puede apreciar que se est#n desarrollando normalmente los embriones. $e espera que en 3 d"as m#s tengamos el nacimiento de los polluelos. Los costos y las caracter"sticas de la incubadora, permiten que puedan ser construidas por cualquier persona, aunque no tenga muchos conocimientos t%cnicos.
VI.
DISCUSIÓN%
:@X= : :<89O R/L9>/8O = L/ :9: 78:/RROLLO 8 <=/ 9=%<5/8OR/ /<OM/9>/8/ 8 @/LL<: @/LL<:E %uando se enciende la incubadora y esta se encuentra a temperatura ambiente,
inmediatamente comienza a actuar el PVM en respuesta a la temperatura transmitida por el sensor de temperatura y humedad, las bombillas encienden a su m+xima intensidad, para elevar la temperatura r+pidamente dentro de la incubadora, esta tiene un tiempo de respuesta un poco lento, ya !ue tarda alrededor de unos minutos aproximadamente en alcanzar la temperatura deseada y estabilizarse, en el trabajo !ue se realiz&, se opt& por utilizar la buj6a para *enerar calor en menor tiempo para lo*rar una temperatura uniorme se utiliz& un ventilador !ue disip& el calor dentro de la incubadora. ambi-n se utiliz& un extractor de %OB
:@X= : :<89O R/L9>/8O = L/ :9: 78:/RROLLO 8 <=/ 9=%<5/8OR/ /<OM/9>/8/ 8 @/LL<: @/LL<:E Para la humedad se tiene un simple sistema O=YOSS, teniendo l6mites establecidos para los primeros C# d6as del proceso y cambiando durante los ltimos " d6as, para esto se tiene un simple humidifcador casero, hecho con una bomba de aire y un par de botellas llenas de a*ua, con esto se lo*r& humidifcar el ambiente dentro de la incubadora, en nuestro trabajo el sistema de humidifcaci&n ue el si*uienteF el humidifcador ue conectado a Bv, sumer*ido en a*ua, liberando as6 el ox6*eno del a*ua y lo*rando tener un '() de humedad dentro de la incubadora.
VII.
CONCLUSIONES
%oncluimos !ue la incubadora automatizada es efciente para la
producci&n de aves en la *ranja 1o1is. %oncluimos !ue en la incubadora se lo*r& inte*rar, como se esperaba
cada una de sus partes ya !ue lo !ue se buscaba de este proyecto un diseo automatizado. n conclusi&n los resultados del comportamiento de las variables ueron las esperadas.
ANE6OS ANE6O 51%
%/R/%R:99%/: @=R/L: 8L /R8<9=O.
MICROCONTROL ADOR ATME0A32F Operatin* Kolta*e
9nput Kolta*e recommended 9nput Kolta*e limits 8i*ital 9YO Pins /nalo* 9nput Pins 8% %urrent per 9YO Pin 8% %urrent or "."K Pin Slash Memory :R/M PROM %loc1 :peed
K 'QCBK DQB(K C o 0hich D provide PVM output D ( m/ ( m/ "B 35 o 0hich (. 35 used by bootloader B 35 C 35 CD M2z
ANE6O 52%
%/R/%R:99%/: @=R/L: 8L :=:OR 82BB.
CARACTERSTICAS DEL SENSOR DHT22 A*i(e)#ci$ "."Kdc Kcc DKdc R#:o
de
)e(&er#)!r#
(edici$
de Q($% a #(
%$\[(. $% Precisi$ de (edici$ de (.C$% )e(&er#)!r# 8e ( a C(() R2 Reso*!ci$ )e(&er#)!r# B) R2 R#:o de (edici$ de ,!(ed#d (.C)R2 Precisi$ de (edici$ de Bs ,!(ed#d Reso*!ci$ H!(ed#d Tie(&o de ses#do
C#r#c)er9s)ic#s de* sesor DHT22 Vo*)#Ge de o&er#ci$ .#KQDK Ve*ocid#d.FV
(.BsecY$D( (.CDsecY$D( .3*Ycm D.3*Ycm "#* (.BxB(.Bx".Bmm (
%$Ve*ocid#d.5V Tor!e.FV Tor!e.5V Peso Di(esioes R#:o de Te(&er#)!r#
ANE6O 53% PRO0RAMACIÓN
include \imerOne.h include \82.h include \Li!uid%rystal.h
YY8%L/R/MO: K/R9/5L: @LO5/L:YY lon* previousMillis g (NYYKariable Motor int iN YYvariable para or del MOOR defne %/LS/%%9O= CC
YY8i*ital CC
defne 2
YY8i*ital "
defne 82P9= B
YY/nalo*ico C P9= C
defne 82JP 82BB 82 dht82P9=, 82JPN Li!uid%rystal lcd#,W,,,D,'N YY K/R @LO5/L: 8 9MRO=
int horasg(N
YYKar para horas
int minutosgWN
YYvar para minutos
volatile int se*undosgN
YYvar para se*undos
volatile boolean actualizargtrueN
YYvar para para timer
YY K/R @LO5/L: P/R/ MO8O 8L RLO4 char textoC(N
YYarray para timer
int modo g (N
YYvar para timer
const int =g"N
YYvar para timer
YY OM/R K/LOR 8L /=/LO@ /( int 1eypadk
YY/nalo* /( del 1eypad del L%8
int boton g (N int sense g analo*Read/(N isense \ ( k boton g CNYYbtnR9@2 isense W sense \ C(k boton g BNYYbtn
YY:
YYiniciar puerto del monitor de /rduino YYiniciar el 82BB
lcd.be*inCD, BN
YY iniciar libreria del L%8
lcd.set%ursor(,(N
YY pocisionar el cursor en el L%8
lcd.print_L<9: %._N
YY print a simple messa*e on the L%8
imerC.initializeC((((((N imerC.attach9nterruptmanejadoraimerN pinMode %/LS/%%9O=, O<P<N
YY ncender la calecacci&n
pinMode 2
YY ncender el humidifcador
YY ncender el motor
YYOPR/%9O=: /R9M]9%/: P/R/ RLO4 void manejadoraimerk se*undosN actualizargtrueN void actualizarRelojk minutos g se*undosYD(N se*undos g se*undos )D(N horas g minutos Y D(N minutos g minutos ) D(N
horas g horas )BN void incrementar2orask horas N horas g horas ) BN actualizar g trueN void decrementar2orask horas QQN ihoras\(k horas g B"N actualizar g trueN void incrementarMinutosk minutos N minutos g minutos ) D(N actualizar g trueN void decrementarMinutosk minutos QQN iminutos\(k minutos g WN actualizar g trueN
void fjar%ursorModok s0itchmodok case (F lcd.no5lin1N brea1N case CF lcd.set%ursor#,(N
lcd.blin1N
brea1N case BF lcd.set%ursorCC,(N
lcd.blin1N
brea1N YY void loopk YY8%9:9?= P/R/ 3JP/8 8L L%8 i1eypad gg k modoN modo g modo ) =N fjar%ursorModoN 0hile1eypad gg N s0itchmodok case CF i1eypad gg Bk
incrementar2orasN 0hile1eypad gg BN
i1eypad gg "k
decrementar2orasN 0hile1eypad gg "N
brea1N case BF i1eypad gg Bk
incrementarMinutosN 0hile1eypad gg BN i1eypad gg "k
decrementarMinutosN 0hile1eypad gg "N
brea1N iactualizar gg truek actualizarRelojN YYlcd.clearN lcd.no5lin1N lcd.set%ursor#,(N over
YY move cursor to second line _C_ and # spaces
sprinttexto, _)(BdF)(BdF)(Bd_,horas,minutos, se*undosN lcd.printtextoN actualizar g alseN
fjar%ursorModoN
YYP/R/ L/ MPR/
Hoat h g dht.read2umidityN Hoat t g dht.reademperatureN Y i isnan t isnan h klcd.print_Sallo sensor 82_N else k Y lcd.set%ursor(,CN lcd.print_ _N lcd.printtN lcd.print_%_N lcd.set%ursor,CN lcd.print_2 _N lcd.printhN lcd.print_)_N delayCB((N
i t \g "D k di*italVrite %/LS/%%9O=, 29@2N i t g "# k di*italVrite %/LS/%%9O=, LOVN i h \g
