INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SALINA CRUZ AVANCE 1 – UNIDAD II
MONOGRAFÍA DEL PROYECTO “SISTEMA DE CONTROL AUTOMATICO PARA UNA GRANJA ACUICOLA” ASIGNATURA “TALLER DE INVESTIGACIÓN II”
INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA “SÉPTIMO SEMESTRE GRUPO C” PRESENTAN:
CABRERA AGUSTÍN ÓSCAR DAVID JESÚS ALBERTO DÍAZ RAMÍREZ ZARATE CRUZ JESÚS ABRAHAM TITULAR:
ING. SUSANA MONICA ROMAN NAJERA
SALINA CRUZ OAXACA; A OCTUBRE DE 2015
ÍNDICE INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... I CAPÍTULO I. PROTOCOLO DE INVESTIGACION .......................................................................... INVESTIGACION .......................................................................... III RESUMEN RESUMEN ................................................................................................................................... III FORMULACIÓN DEL PROBLEMA................................................................................................ PROBLEMA................................................................................................ IV PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..................................................................................................... IV JUSTIFICACIÓN .................................................................................................................................... V OBJETIVOS .......................................................................................................................................... VI OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................................ VI OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................................................................... VI CAPÍTULO II. PARÁMETROS DE LOS SISTEMAS DE CONTROL ................................................... CONTROL ................................................... 1 2.1 SISTEMAS AUTOMÁTICOS Y DE CONTROL .................................................................................... 1 2.1.1 NECESIDAD Y APLICACIONES DE LOS SISTEMAS AUTOMÁTICOS DE CONTROL ................. ......................... ........ 2 2.1.2 TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL .............................................................................................. 3 2.1.2.1 Sistemas de Control en Lazo Abierto ...................................................................................... 3 2.1.2.2 Sistemas de Control en Lazo Cerrado ..................................................................................... 4 2.2 DISPOSITIVOS DE CONTROL .......................................................................................................... 5 2.2.1 REGULADORES............................................................................................................................ 5 2.2.1.1 Reguladores Discontinuos ....................................................................................................... 6 2.2.1.2 Reguladores Continuos ........................................................................................................... 6 2.2.1.3 Reguladores Continuos con Salida Conmutada ........................ ................................. .................. .................. .................. ................... .......... 7 2.2.1.4 Con Temporizador y Función Rampa ...................................................................................... 7 2.2.2 INTERRUPTORES ......................................................................................................................... 8 1.2.2.1 El Transistor a Efecto de Campo ............................................................................................. 8 2.2.2.2 El MOSFET ............................................................................................................................... 9 2.2.2.3 El SCR o TIRISTOR .................................................................................................................... 9 2.2.2.4 El DIAC ..................................................................................................................................... 9 2.2.2.5 El TRIAC ................................................................................................................................. 10 2.2.3 LOGICOS ................................................................................................................................... 11 2.2.3.1 PIC’s ....................................................................................................................................... 11 2.2.3.2 Arduino .................................................................................................................................. 12 2.2.3.3 PLC’s ...................................................................................................................................... 14 2.3 ENTORNO GRÁFICO ..................................................................................................................... 15 2.3.1 LABVIEW® ................................................................................................................................. 15 CAPITULO III. PARÁMETROS DE LA GRANJA ACUÍCOLA .......................................................... ACUÍCOLA .......................................................... 17 3.1 UBICACIÓN DEL PROYECTO ......................................................................................................... 17 3.2 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN ....................................................................................................... 18 3.2.1 SELECCIÓN DE ALIMENTO ........................................................................................................ 18 3.2.2 RAZÓN DE ALIMENTACIÓN ...................................................................................................... 19 3.2.2.1 Según su Peso y Tamaño ....................................................................................................... 19 3.2.2.2 Horarios de Alimentación...................................................................................................... 19 3.2.3 MONITOREO, INSPECCIÓN Y CONTROL DE LA ALIMENTACIÓN ............................................... 20 3.2.3.1 Suspensión de la Alimentación ............................................................................................. 21 3.2.3.2 Cuando Alimentar a los Peces ............................................................................................... 21
3.3 PARAMETROS FISICOS-QUIMICOS .............................................................................................. 22 3.3.1 PARÁMETROS FÍSICOS .............................................................................................................. 22 3.3.1.1 Turbidez ................................................................................................................................. 22 3.3.1.2 Temperatura ......................................................................................................................... 23 2.3.2 FACTORES QUÍMICOS ............................................................................................................... 24 3.3.2.1 pH .......................................................................................................................................... 24 3.3.2.2 Oxigeno ................................................................................................................................. 24 3.3.2.3 Amoniaco .............................................................................................................................. 25 3.3.3 MEDICIÓN DE PARÁMETROS .................................................................................................... 25 3.4. SISTEMA DE ENERGÍA ................................................................................................................. 25 3.4.1 ALIMENTACIÓN ENERGÉTICA ................................................................................................... 25 3.4.1.1 Energías Alternas ................................................................................................................... 26 3.4.2 ALIMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL ............................................................................ 26 3.4.2.1 Bombeo ................................................................................................................................. 26 3.4.2.2 Banco de Baterías .................................................................................................................. 27 CAPÍTULO IV. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL ............................... CONTROL ............................... 28 4. 1 Alimentador de peces peces ........................................................................................................ 28 4.2 Calidad de agua................................................................................................................... agua................................................................................................................... 29 CONCLUSIONES CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 30 OTRAS FUENTES FUENTES ........................................................................................................................ 31 GLOSARIO DE TÉRMINOS TÉRMINOS ......................................................................................................... 33 ANEXOS ANEXOS ..................................................................................................................................... 34
ÍNDICE DE FIGURAS Fig.1.1 Diagrama de sistema de control automático……………………………. automático…………………………….……1 ……1 Fig.1.2 Diagrama de sistema de control de lazo abierto………………. abierto……………….…………….3 …………….3 Fig.2.3 Regulador de voltaje…………………………………………………… voltaje……………………………………………………..……5 Fig.2.4 swicht…………. swicht………….……………………………………………………… .……..8 Fig.2.5 Transistor BJT………………………… BJT…………………………...... ......………………………............. ………………………................8 ...8 Fig.2.6 Tiristor SCR………………………………………………………… SCR…………………………………………………………..……...10 ……...10 Fig.2.7 Diac………………… Diac………………….... ....…………………………………………………….11 …………………………………………………….11 Fig.2.8 Triac……………………… Triac……………………… ………………………………………………… 13 Fig.2.9 pic18f2350……………………………………………………………… pic18f2350……………………………………………………………… ...…14 ...…14 Fig.2.10 Arduino………………………………………………… Arduino………………………………………………… ....………………..15 ....………………..15 Fig.2.11 Plataforma labview (logotipo)…………………………………………… (logotipo)……………………………………………...17 ...17 Fig.3.1 ubicación ubicación de la granja………………………… granja……………………………………………............. ………………….................18 ....18
I
INTRODUCCIÓN La siguiente monografía es de nuestro proyecto “Sistema de Control Automático para una Granja Acuícola”, la cual se pretende realizar para una granja de
reproducción de tilapia de la carrera de Ingeniería en Acuicultura en el Tecnológico de Salina Cruz. El Sistema de control que se construirá consta de tres etapas las cuales son: Alimentadores Automáticos. Que se basa en el desarrollo y control del alimento suministrado a los peces, así como de las cantidades y horarios adecuados para cada esta nque dependiendo del tamaño de las crías, para que estos puedan desarrollarse de la mejor manera. Monitoreo de calidad de agua. En el que se medirán y monitorearan parámetros físico-químicos del agua de los estanques, para así mantener una buena calidad de vida para los peces, esto con motivo de tener un monitoreo constante sin estresar a las crías. Para así mostrar a los alumnos encargados de los estanques cuales son los parámetros de estos mediante una interfaz gráfica empleando LabVIEW®. Utilización de la energía alternas. Se empleara el uso de energía alternas para evitar problemas de electricidad cuando el sistema eléctrico de la institución llegue a fallar y de este modo no afectar al monitoreo de los peces. La elaboración de este proyecto nos ayudara a nosotros como estudiantes de Ingeniería en Electrónica a conocer mejor los parámetros que ciertos dispositivos de control ofrecen para la resolución de problemas, en especial para los problemas que nuestros compañeros sufren día con día en sus labores de reproducción de tilapia. El sistema de control ofrece un óptimo desarrollo maximizando así su producción y minimizando el costo que representa el cuidado de los mismos. El método que utilizaremos será por descomposición del problema en partes más pequeñas, para así en vez de resolver un gran problema solo tengamos pequeños problemillas por resolver. II
CAPÍTULO I. PROTOCOLO DE INVESTIGACION
RESUMEN El uso de los sistemas de monitoreo y control automáticos son cada día más factible, debido a versatilidad en su uso y a que nos facilitan más nuestras tareas por más complejas que lo parezcan. Con esta base se pretende crear cada vez más sistemas de control que nos permita la resolución de problemas más complicados. Uno de los problemas problemas que más afectan a la comunidad estudiantil del Instituto Tecnológico de Salina Cruz del área de Ingeniería en Acuicultura, es que en sus estanques de reproducción de tilapia muchas crías no llegan a la madurez debido al estrés que sufren por ciertos factores que a veces no se pueden cumplir o que hacen falta, para solucionar esto, se pretende crear un sistema de control automático que permita permita mejorar la calidad calidad de vida de los peces y así mejorar la producción de tilapia en esta área.
III
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El Instituto Tecnológico de Salina Cruz es una institución educativa de carácter publica localizada en carretera a San Antonio Monterrey Km. 1.7 en Salina Cruz, Oaxaca. Actualmente ofrece las carrearas de ingeniería en Electrónica, ingeniería Mecánica, ingeniería en Tecnologías de la información y Comunicación, ingeniería en Gestión Empresarial e ingeniería en Acuicultura. Esta última tiene como objetivo la formación integral de profesionistas en la producción de organismos acuáticos, mediante el diseño, adaptación y generación de biotecnologías, que promuevan el aprovechamiento racional de los recursos acuícolas en un marco de equidad y sustentabilidad. En esta área los alumnos cultivan organismos como son la tilapia gris y la tilapia naranja comúnmente llamadas mojarras, pero debido al poco control que tienen sobre estas cuando hacen sus actividades diarias, tienden a sufrir un problema muy grande de mortandad, ya sea por un horario irregular en la alimentación, por un bajo control del agua o bien por problemas de electricidad. Esto es debido a que no existe un sistema de control co ntrol en el cual se pueda monitorear, regular los parámetros necesarios para pa ra la subsistencia de los mismos; así como son su alimentación, la oxigenación en los estanques, la temperatura, además del pH y tener un mejor cuidado de los peces. El principal problema que enfrentan los alumnos del área de Acuicultura es la gran mortandad de crías recién nacidas así como de crías en desarrollo, por el estrés que estos sufren debido a los factores ya mencionados. Se estima que la relación de mortandad es de 1:3 con respecto a las crías que llegan a la adultez. Lo que se quiere lograr con este proyecto es reducir el nivel de mortandad de las crías, mediante un sistema de control que permita el monitoreo de los factores de la granja acuícola. El diseño de este sistema de control se basara en manipular un buen horario y ración rac ión de alimentación de los peces, medir los niveles físico-químicos del agua como son; temperatura, pH, turbidez, O2, etc. y también el control de la energía eléctrica, así como el uso de energías alternas que permitan al sistema ser autosustentable. IV
JUSTIFICACIÓN Para los acuicultores suele resultar muy tedioso el estar revisando constantemente los parámetros de los estanques donde reproducen y crían peces, pues esto suele estresar a los peces, haciendo que estos no quieran comer o se enfermen, dando como resultado una mortandad de crías muy grande, esta mortandad suele estar en relación 1:3 con las crías que llegan a la madurez. Lo que se quiere lograr con este proyecto es reducir esta mortandad para obtener una mayor cantidad de peces al final del periodo de crianza. Es decir una mayor producción de tilapia. La importancia de realizar este proyecto es debido a que gracias a él, se podrán obtener muchos beneficios, entre ellos están; el de reducir la mortandad de peces tilapia y por consiguiente aumentar la producción del mismo, un control más estable de los parámetros físicos y químicos del agua que será de mayor confort para los peces haciendo que estos puedan desarrollarse de mane ra más eficaz, se pretende conseguir que el sistema funcione mediante energías alternas para evitar que este deje de funcionar cuando la energía eléctrica de la institución llegue a fallar, se desarrollara un sistema de alimentación automático que mida las raciones de alimento adecuado para cada estanque; esto con el fin de conseguir que los peces se desarrollen eficazmente, una alimentación adecuada cuando los alumnos no se encuentren presentes en la institución y reducir el gasto de alimento, es decir conseguir reducir el gasto que una granja acuícola genera. En resumen, lo que este proyecto presenta es un óptimo desarrollo y reproducción de la tilapia maximizando así su producción y minimizando el costo que representa el cuidado de los mismos.
V
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Diseñar un sistema de control que permita visualizar, monitorear y manipular los parámetros necesarios para la supervivencia de organismos en una granja acuícola ajustable para cualquier tipo de organismo.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS Desarrollar una investigación a fondo sobre las condiciones necesarias para la subsistencia de una granja acuícola en diferentes medios de información así como obtener asesoría de un ingeniero en acuicultura especializado. Desarrollar una investigación detallada sobre cada uno de los parámetros antes encontrados y aprender sobre ellos. Desarrollar una investigación sobre software y su utilización que permitan el diseño de dicha granja. Controlar cada uno de los parámetros físicos-químicos necesarios para tener una mejor calidad de agua en los estanques. Controlar el horario y la ración alimentaria de la tilapia. tilapia. Crear un sistema autosustentable con energías alternas. Reducir los riesgos y factores que afecten el sistema y maximizar su rendimiento.
VI
CAPÍTULO II. PARÁMETROS DE LOS SISTEMAS DE CONTROL 2.1 SISTEMAS AUTOMÁTICOS Y DE CONTROL Un sistema automático de control es un conjunto de e lementos físicos relacionados entre sí, de tal forma que son capaces de gobernar su actuación por sí mismos, sin necesidad de la intervención de agentes externos (incluido el factor humano), anulando los posibles errores que puedan surgir a lo largo de su funcionamiento debido a perturbaciones no previstas. Cualquier sistema automático está constituido por un sistema físico que realiza la acción (parte actuadora), y un sistema de mando (parte controladora), que genera las órdenes precisas para que se ejecuten las acciones. En los sistemas de regulación y control automáticos se sustituye el componente humano por un mecanismo, circuito eléctrico, electrónico o, un ordenador. En este caso, el sistema de control sería automático. Un ejemplo de estos sistemas es el control de temperatura de una sala empleando un termostato. En este caso se programa una temperatura de referencia considerada confortable, cuando la temperatura de la sala sea inferior a la programada, se dará orden de producir calor, con lo que la temperatura ascenderá hasta el valor programado, cuando se alcanza esta temperatura la calefacción se desconecta automáticamente.
Fig.2.1 Diagrama de sistema de control automático
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2.1.1 NECESIDAD Y APLICACIONES DE LOS SISTEMAS AUTOMÁTICOS DE CONTROL La implantación y el desarrollo de los sistemas de regulación están presentes en infinidad de sectores, en el ámbito doméstico, en los procesos industriales, en el desarrollo tecnológico y científicos, provocando avances significativos en todos los campos. En la producción industrial su utilización permite:
Aumentar la calidad y la cantidad del producto fabricado. Mejorar los sistemas de seguridad del proceso industrial. Ejecutar operaciones cuya realización sería impensable con la única participación del hombre. Reducir enormemente los costes productivos.
Dentro de los avances científicos que el uso de estos sistemas ha posibilitado tenemos un ejemplo claro en el desarrollo del campo de las misiones espaciales, que son realizadas de modo automático y en los que la presencia humana es anecdótica. En el desarrollo tecnológico, abarca desde el control de robots, como la regulación centralizada del tráfico en un aeropuerto, sistemas de ayuda al conductor de un vehículo. En el ámbito doméstico, todo lo que tiene que ver con la domótica que provoca una habitabilidad más confortable. (“Tema 1: Sistemas automáticos y de control”, s/f)
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2.1.2 TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL Los sistemas de regulación se pueden clasificar en: Sistemas de bucle o lazo abierto: son aquellos en los que la acción de control es independiente de la salida. Sistemas de bucle o lazo cerrado: son aquellos en los que la acción de control depende en cierto modo, de la salida.
2.1.2.1 Sistemas de Control en Lazo Abierto Un sistema de control en lazo o bucle abierto es aquél en el que la señal de salida o influye sobre la señal de entrada. La exactitud de estos sistemas depende de su calibración, de manera que al calibrar se establece una relación entre la entrada y la salida con el fin de obtener del sistema la exactitud deseada. El transductor modifica o adapta la naturaleza de la señal de entrada al sistema de control. En el caso del sistema de control de la temperatura de una habitación, para que sea un sistema abierto es necesario que no exista termostato, de manera que siga funcionando permanentemente. La entrada del sistema sería la temperatura ideal de la habitación; la planta o proceso sería la habitación y la salida sería la temperatura real de la habitación. El transductor podría ser un dial en el que definamos el tiempo de funcionamiento y el actuador el propio foco de calefacción (caldera o radiador). El actuador o accionador modifica la entrada del sistema entregada por el transductor (normalmente amplifica la señal). Una lavadora automática sería un claro ejemplo de sistema de control en lazo abierto. La blancura de la ropa (señal de salida) no influye en la entrada. La variable tiempo presenta una importancia fundamental: si está bien calibrada, cada proceso durará el tiempo necesario para obtener la mejor blancura. Otro ejemplo de sistema en lazo abierto sería el alumbrado público controlado por interruptor horario. El encendido o apagado no depende de la luz presente, sino de los tiempos fijados en el interruptor horario.
Fig.2.2 Diagrama de sistema de control de lazo abierto
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2.1.2.2 Sistemas de Control en Lazo Cerrado Si en un sistema en lazo abierto existen perturbaciones, no se obtiene siempre la variable de salida deseada. Conviene, por tanto, utilizar un sistema en el que haya una relación entre la salida y la entrada. Un sistema de control de lazo cerrado cer rado es aquél en el que la acción a cción de control es, en cierto modo, dependiente de la salida. La señal de salida influye en la entrada. Para esto es necesario que la entrada sea modificada en cada instante en función de la salida. Esto se consigue por medio de lo que llamamos realimentación o retroalimentación (feedback). La realimentación es la propiedad de un sistema en lazo cerrado por la cual la salida (o cualquier otra variable del sistema que esté controlada) se compara con la entrada del sistema (o una de sus entradas), de manera que la acción de control se establezca como una función de ambas. A veces también se le llama a la realimentación transductor de la señal de salida, ya que mide en cada instante el valor de la señal de salida y proporciona un valor proporcional a dicha señal. Por lo tanto podemos definir también los sistemas de control en lazo cerrado como aquellos sistemas en los que existe una realimentación de la señal de salida, de manera que ésta ejerce un efecto sobre la acción de control. El controlador está formado por todos los elementos de control y a la planta también se le llama proceso. En este esquema se observa cómo la salida es realimentada hacia la entrada. Ambas se comparan, y la diferencia que existe entre la entrada, que es la señal de referencia o consigna (señal de mando), y el valor de la salida (señal realimentada) se conoce como error o señal de error. La señal que entrega el controlador se llama señal de control o manipulada y la entregada por la salida, señal controlada. El error, o diferencia entre los valores de la entrada y de la salida, actúa sobre los elementos de control en el sentido de reducirse a cero y llevar la salida a su valor correcto. Se intenta que el sistema siga siempre a la señal de consigna. (“Microsoft Word - SISTEMAS AUTOMATICOS DE CONTROL.doc - SISTEMAS AUTOMATICOS DE CONTROL.pdf”, s/f)
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2.2 DISPOSITIVOS DE CONTROL 2.2.1 REGULADORES Los reguladores y dispositivos de control son pequeñas instalaciones inteligentes que se componen de una entrada de un sensor, un indicador digital y una salida de regulación. Existen reguladores y dispositivos de control, indicadores digitales para profesionales para la inspección y control para diferentes trabajos de medición y regulación. Los reguladores y dispositivos de control se configuran a través de las teclas del propio regulador. Existe la posibilidad de establecer valores nominales para definir así el proceso de regulación. Varios reguladores disponen, además de la salida de regulación, salidas para señales normalizadas, a las que puede conectar un sistema de visualización para controlar el proceso de regulación. Especialmente en los sistemas de alcantarillado el regulador es imprescindible debido a las estrictas leyes que regulan este tema. Un regulador controla en este caso el valor pH de un desagüe y regula el valor para que no se contamine el medioambiente. Un regulador de pH se usa también en la piscicultura p iscicultura o en piscinas. Los reguladores de temperatura se usan en los sectores de la climatización o en el control de la temperatura del agua. Gracias al amplio uso los reguladores se usan mucho en la industria y están preparados para realizar trabajos que normalmente requieren una solución completa de un PLC.
Fig.2.3 Regulador de voltaje
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2.2.1.1 Reguladores Discontinuos Los reguladores se dividen en diferentes tipos. Se dividen en reguladores co ntinuos y reguladores discontinuos. Los reguladores discontinuos disponen de un propiedad sencilla de conmutación. Cuando se alcanza un valor límite un relé se activa o desactiva. Debido a que la forma de trabajar es de forma interrumpida, estos tipos de reguladores se denominan reguladores discontinuos. Los reguladores discontinuos pueden ser interruptores finales o sencillamente un bimetal. Los reguladores de este tipo son los reguladores más sencillos. Destacan por su robustez y su excelente relación calidad precio. Especialmente el precio económico hace que el regulador discontinuo lo adquieran empresas con un presupuesto ajustado. Los reguladores discontinuos se diferencian entre reguladores de dos puntos y reguladores de tres puntos. Los reguladores de dos puntos destacan por su conmutador encendido-apagado. Pueden ser reguladores de pH en el sector de aguas residuales que requieren comprobar de forma continua el tanque de agua. Si el regulador detecta que las aguas residuales son demasiado ácidas, es decir, el e l valor pH está por debajo de 4, en tal caso el regulador conectaría una bomba para añadir una solución alcalina para neutralizar el agua. El regulador comprueba a continuación que las aguas residuales están nuevamente en los valores normales y desactiva la bomba. Los reguladores de tres puntos disponen de un sistema de encendido, apagado, encendido. Sobre todo en el sector de la climatización esto es muy ventajoso. Reguladores de temperatura miden la temperatura ambiental. En caso que la temperatura caiga por debajo de un valor límite, por ejemplo 19 ºC, se enciende la calefacción en las oficinas, para asegurar que las condiciones de trabajo sean agradables. Y cuando en el verano sube la temperatura por encima de 24 °C, el regulador puede mediante un segundo relé, encender la climatización y bajar las persianas, logrando así que la temperatura esté en el rango previamente ajustado.
2.2.1.2 Reguladores Continuos En contraste con los reguladores discontinuos antes mencionados están los reguladores continuos. Los reguladores continuos no suelen disponer de salida relé, que puede ser activado o desactivado. Los reguladores continuos continuos disponen una una salida analógica que puede recibir muchos much os valores casi de forma continua. La salida analógica de los reguladores controla el accionador. El accionador es elemento del campo de regulación, que influye en la magnitud regulada (p.e. la temperatura en una calefacción). A través de la salida estos reguladores controlan con qué consistencia influirán en la magnitud regulada. Si el regulador da como salida el valor máximo, la calefacción rendirá al máximo. Por lo contrario, si se da como salida 6
el valor mínimo, la calefacción ni siquiera se encenderá. enc enderá. La posibilidad de "dosificar" la capacidad de calentamiento, permite a los reguladores continuos un ajuste rápido y preciso de la magnitud regulada con relación al valor de consigna. Sin embargo, es importante que los reguladores calculen con precisión la "dosis". Como salida para tales mediciones los reguladores miden la variación disponible de la magnitud regulada del valor de referencia. La reacción a esta variación puede ser, por ejemplo, proporcional. Pero como esto técnicamente no es para nada óptimo se suele calcular adicionalmente una parte integral o diferencial. Los parámetros necesarios se deben detectar para el campo de regulación correspondiente y guardarlos en la memoria interna del regulador. Los reguladores PID modernos ofrecen además otras funciones, que detectan de forma autónoma los parámetros óptimos.
2.2.1.3 Reguladores Continuos con Salida Conmutada Para trabajar con reguladores continuos con una salida analógica, son necesarios accionadores con las entradas correspondientes. correspon dientes. Algunos reguladores realizan una regulación continua mediante un contacto de mando, al variar el tiempo de activación de un contacto en ciclo fijo. Por tanto, el contacto de mando de estos reguladores está cerrado permanentemente con la máxima influencia de la magnitud regulada. Siguiendo con el ejemplo de la regulación de temperatura, en este caso la calefacción estaría calentando al máximo. Sin embargo, si desea que está caliente sólo a la mitad, el contacto de mando del regulador se encend erá sólo el 50 % del tiempo. Este tipo de reguladores se pueden usar sólo con alteraciones lentas de las magnitudes reguladas, pues los relés disponen de una frecuencia de conmutación limitada.
2.2.1.4 Con Temporizador y Función Rampa Algunos modelos de los reguladores re guladores ofrecen un temporizador y la función rampa. Estas funciones permiten a los reguladores a alcanzar diferentes valores de consigna en una secuencia predeterminada. También es posible fijar la velocidad con la cual los reguladores deben cambiar la magnitud regulada. Esto permite que los reguladores automaticen procesos, sin que sea necesario manipular los reguladores. Estos reguladores ofrecen al usuario la posibilidad de controlar los procesos de regulación ya definidos y recurrentes. La gran ventaja evidentemente es que no es necesario introducir nuevos parámetros, lo que supone un ahorro de tiempo y costes en la ejecución de secuencias de procesos automatizados. (“Reguladores / dispositivos de control”, s/f) 7
2.2.2 INTERRUPTORES En la electrónica moderna se usan algunos dispositivos semiconductores diferentes al diodo de unión y al transistor bipolar que son muy utilizado en control de motores, de iluminación, de calefacción, en alarmas, en la optoelectrónica, etc. tales semiconductores a tener en cuenta son: El transistor a efecto de campo, el transistor unijuntura, el tiristor, el triac, fuentes de luz como el LED, detectores de luz como la fotocelda, sensores de temperatura como el termistor, etc.
Fig.2.4 swicht
2.2.2.1 El Transistor a Efecto de Campo El transistor de efecto de campo FET es un dispositivo semiconductor que combina el tamaño reducido y el bajo consumo de potencia del transistor bipolar con la elevada resistencia de entrada del tubo tubo de vacío. Existen dos clases de FET: el JFET y transistor transistor de unión de efecto efecto de campo) y el MOSFET (Transistor (Transistor de efecto de campo de metal oxido semiconductor). Existen dos tipos: El canal N (formado por tres capas PNP) y el canal P (formado por tres capas NPN). Tiene tres terminales: DRAIN (drenaje), (dr enaje), GATE (puerta), SOURCE (fuente) que corresponden corresponden al colector, base y emisor en un transistor bipolar. Cuando la puerta se polariza con una tensión apropiada, esta polarización influye sobre la resistencia entre el e l drenaje y la fuente y por p or lo tanto sobre so bre la corriente entre ambos terminales. Nótese que la conducción co nducción del JFET es a lo largo del canal y no a través de de él como en un transistor bipolar.
Fig.2.5 Transistor BJT
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2.2.2.2 El MOSFET El transistor de efecto de campo metal – óxido semiconductor tiene una un a gran semejanza con el JFET. Su diferencia fundamental radica en la forma como se realiza la unión de la fuente. En el JFET el paso puerta – fuente es una unión PN polarizada inversamente, mientras que en el MOSFET se coloca una capa delgada de material material aislante (SiO2) sobre el canal antes de colocar la puerta. Esto hace que el MOSFET tenga ten ga una resistencia de entrada superior al JFET y una corriente de entrada aproximadamente igual a cero.
2.2.2.3 El SCR o TIRISTOR El rectificador controlado de silicio o tiristor es uno de los dispositivos más usados en electrónica industrial por su facilidad de trabajar en alta potencia y altas corrientes. Ya existen SCR para controlar potencias tan tan altas altas como com o 10MW con corrientes del orden de 2000 A y voltajes de 1800V. Está formado por cuatro capas PNPN y tiene tres terminales: El ánodo, el cátodo y la puerta. Se polariza de tal forma que el ánodo sea siempre positivo con respecto al cátodo y para que conduzca el tiristor es necesario aplicar un pulso positivo a la puerta de de una amplitud suficiente que garantice el disparo.
Fig.2.6 Tiristot SCR
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2.2.2.4 El DIAC Es otro diodo de 4 capas con la propiedad de dispararse en forma directa o inversa, o sea, que es un dispositivo de disparo bidireccional. Su aplicación principal es como dispositivo de disparo del TRIAC como control de fase. El circuito es un control de fase que controla la potencia de CA en la carga variando el ángulo de disparo del DIAC por la resistencia R. Al superar supera r el voltaje en el condensador el voltaje V BR del DIAC éste se dispara, haciéndolo seguidamente el TRIAC. Este control es más efectivo que el usado con el SCR ya que la potencia en la carga es mayor.
Fig.2.7 Diac
2.2.2.5 El TRIAC Es un SCR bilateral, esto es que se puede disparar en compuerta para cualquier dirección de la corriente I G. Su funcionamiento se puede comparar con dos do s SCR en antiparalelo. Cuando la alternancia es positiva en la señal de entrada el triac se dispara si se aplica un pulso positivo a la puerta (G) (disparo de SCR1). Durante la alternancia negativa el triac se dispara (SCR2) aplicando un pulso negativo a la puerta. Se usa principalmente en controles de luz (Dimmer), en controles activados por luz, control de motores. (“Dispositivos de control.pdf”, s/f)
Fig.2.8 Triac
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2.2.3 LOGICOS 2.2.3.1 PIC’s Los PIC son una familia de microcontroladores tipo RISC fabricados por Microchip Technology Inc. y derivados del PIC1650, originalmente desarrollado por la d ivisión de microelectrónica de General Instrument. El nombre actual no es un acrónimo. acr ónimo. En realidad, el nombre completo es PICmicro, aunque generalmente se utiliza como Peripheral Interface Controller (con trolador de interfaz periférico). El PIC original se diseñó para ser usado con la nueva CPU de 16 bits CP16000. Siendo en general una buena CPU, ésta tenía malas prestaciones de entrada y salida, y el PIC de 8 bits se desarrolló en 1975 para mejorar el rendimiento del sistema quitando peso de E/S a la CPU. El PIC utilizaba microcódigo simple almacenado en ROM para realizar estas tareas; y aunque el término no se usaba por aquel entonces, se trata de un diseño RISC que ejecuta una instrucción cada 4 ciclos del oscilador. En 1985 la división de microelectrónica de General Instrument se separa como compañía independiente que es incorporada como filial (el 14 de diciembre de 1987 cambia el nombre a Microchip Technology y en 1989 es adquirida por un grupo de inversores) y el nuevo propietario canceló casi todos los desarrollos, que para esas fechas la mayoría estaban obsoletos. El PIC, sin embargo, se mejoró con EPROM para conseguir un controlador de canal programable. Hoy en día multitud de PIC vienen con varios periféricos incluidos (módulos de comunicación serie, UART, núcleos de control de motores, etc.) y con memoria de programa desde 512 a 32 000 palabras (una palabra corresponde a una instrucción e n lenguaje ensamblador, y puede ser de 12, 14, 16 o 32 bits, dependiendo de la familia específica de PICmicro). El PIC usa un juego de instrucciones, cuyo número puede variar desde de sde 35 para PIC de gama baja a 70 para los de gama alta. Las instrucciones se clasifican entre las que realizan operaciones entre el acumulador y una constante, entre el acumulador y una posición de memoria, instrucciones de condicionamiento y de salto/retorno, implementación de interrupciones y una para pasar a modo de bajo consumo llamada sleep.
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Microchip proporciona un entorno de desarrollo freeware llamado MPLAB que incluye un simulador software y un ensamblador. Otras empresas desarrollan compiladores C y BASIC. Microchip también vende compiladores para los PIC de gama alta ("C18" para la serie F18 y "C30" para los dsPIC) y se puede descargar una edición para estudiantes del C18 que inhabilita algunas opciones después de un tiempo de evaluación. Para el lenguaje de programación Pascal existe un compilador de código abierto, JAL, lo mismo que PicForth para el lenguaje Forth. GPUTILS es una colección de herramientas distribuidas bajo licencia GPL que incluye ensamblador y enlazador, y funciona en Linux, MacOS y Microsoft Windows. GPSIM es otra herramienta libre que permite simular diversos dispositivos hardware conectados al PIC. Fig.2.9 pic18f2350
Uno de los más modernos y completos compiladores para lenguaje C es [mikroC], que es un ambiente de desarrollo con editor de texto, bibliotecas con múltiples funciones para todos los módulos y herramientas incorporadas para facilitar enormemente el proceso de programación. (“Microcontrolador PIC”, 2015)
2.2.3.2 Arduino Arduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares.2 3 El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y puertos de entrada/salida.4 Los microcontroladores más usados son el Atmega168, Atmega328, Atmega1280, y Atmega8 por su sencillez y bajo coste que permiten el desarrollo de múltiples diseños. Por otro lado el software consiste en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje de programación Processing/Wiring y el cargador de arranque que es ejecutado en la placa.4 Se programa en el ordenador para que la placa controle los componentes electrónicos. Desde octubre de 2012, Arduino se utiliza también con microcontroladoras CortexM3 de ARM de 32 bits,5 que coexistirán con las más limitadas, pero también 12
económicas AVR de 8 bits. ARM y AVR no son plataformas compatibles a nivel binario, pero se pueden programar con el mismo IDE de Arduino y hacerse programas que compilen sin cambios en las dos plataformas. Eso sí, las microcontroladoras CortexM3 usan 3,3V, a diferencia de la mayoría de las placas con AVR, que generalmente usan 5V. Sin embargo, ya anteriormente se lanzaron placas Arduino con Atmel AVR a 3,3V como la Arduino Fio y existen compatibles de Arduino Nano y Pro como Meduino en que se puede conmutar el voltaje. Arduino se puede utilizar para desarrollar objetos interactivos autónomos o puede ser conectado a software tal como Adobe Flash, Processing, Max/MSP, Pure Data. Las placas se pueden montar a mano o adquirirse. El entorno de desarrollo integrado libre se puede descargar gratuitamente. Arduino puede tomar información del entorno a través de sus entradas analógicas y digitales, puede controlar luces, motores y otros actuadores. El microcontrolador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de programación Arduino (basado en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing). Los proyectos hechos con Arduino pueden ejecutarse sin necesidad de conectar a un ordenador. También cuenta con su propio software que se s e puede descargar de su página oficial que ya incluye los drivers de todas las tarjetas disponibles lo que hace más fácil la carga de códigos desde el computador.
Fig.2.10 Arduino
(“Arduino”, 2015)
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2.2.3.3 PLC’s Con la llegada de los autómatas programables, los llamados PL C, la industria sufrió un impulso importante, que ha facilitado de forma notable que los procesos de producción o control se hayan flexibilizado mucho. Encontramos PLC en la industria, pero también en nuestras casas, en los centros comerciales, hospitalarios, etc. También en nuestras escuelas de formación profesional encontramos frecuentemente autómatas programables. PLC son las siglas en inglés de Controlador Lógico Programable (Programmable Logic Controller). Cuando se inventaron, comenzaron llamándose PC (Controlador programable), pero con la llegada de los ordenadores personales de IBM, cambió su nombre a PLC (No hay nada que una buena campaña de marketing no pueda conseguir). En Europa les llamamos autómatas programables. Sin embargo, la definición más apropiada s ería: Sistema Industrial de Control Automático que trabaja bajo una secuencia almacenada en memoria, de instrucciones lógicas. El PLC es un dispositivo de estado sólido, diseñado para controlar procesos secuenciales (una etapa después de la otra) que se ejecutan en un ambiente industrial. Es decir, que van asociados a la maquinaria que desarrolla procesos de producción y controlan su trabajo. Como puedes deducir de la definición, el PLC es un sistema, porque contiene todo lo necesario para operar, y es industrial, por tener todos los registros necesarios para operar en los ambientes hostiles que se encuentran en la industria. Un PLC realiza, entre otras, las siguientes funciones:
Recoger datos de las fuentes de entrada a través de las fuentes digitales digitales y analógicas. Tomar decisiones en base a criterios pre-programados. Almacenar datos en la memoria. Generar ciclos de tiempo. Realizar cálculos matemáticos. Actuar sobre los dispositivos dispositivos externos mediante las salidas analógicas y digitales. Comunicarse con otros sistemas externos.
Los PLC se distinguen de otros controladores automáticos, en que pueden ser programados para controlar cualquier tipo de máquina, a diferencia de otros controladores (como por ejemplo un programador o control de la llama de una caldera) que, solamente, pueden controlar un tipo específico de aparato.
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Además de poder ser programados, son automáticos, es decir son aparatos que comparan las señales emitidas por la máquina controlada y toman decisiones en base a las instrucciones programadas, para mantener estable la operación de dicha máquina. Puedes modificar las instrucciones almacenadas en memoria, además de monitorizarlas. (“MONOGRAFICO: Lenguajes de programación - Principios básicos de PLC | Observatorio Tecnológico”, s/f)
2.3 ENTORNO GRÁFICO Los gráficos de control tienen su origen or igen al final de la década de 1920, cuando Walter A. Shewhart analizó numerosos procesos de fabricación concluyendo que todos presentaban variaciones. Encontró que estas variaciones p odían ser de dos clases: una aleatoria, entendiendo por ella que su causa era insignificante o desconocida, y otra imputable (también llamada asignable), cuyas causas podían ser descubiertas y eliminadas tras un correcto diagnóstico. Los gráficos de control constituyen una herramienta estadística utilizada para evaluar la estabilidad de un proceso. Permite distinguir entre las causas de variación. Todo proceso tendrá variaciones, pudiendo estas agruparse en: Causas aleatorias de variación. Son causas desconocidas y con poca significación, debidas al azar y presentes en todo proceso. Causas específicas (imputables o asignables). Normalmente no deben estar presentes en el proceso. Provocan variaciones significativas. Las causas aleatorias son de difícil identificación y eliminación. Las causas específicas sí pueden ser descubiertas y eliminadas, para alcanzar el objetivo de estabilizar el proceso. (“Gráficos de Control - Herramientas de la Calidad Aite co Consultores”, s/f)
2.3.1 LABVIEW® LabVIEW® (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) es un entorno de desarrollo basado en programación gráfica. Utiliza símbolos gráficos en lugar de lenguaje textual para describir acciones de programación. Está totalmente integrado para la comunicación con hardware GPIB, VXI, RS-232, RS-485 y tarjetas de 15
adquisición de datos plug-in. Además incorpora librerías para estándares de software como TCP/IP y ActiveX. Los sistemas tradicionales de automatización y medida consisten en instrumentos específicos para tareas específicas. Normalmente se está obligado a diseñar el sistema desde cero y ello conlleva poseer un buen conocimiento de programación de ordenadores. Se puede decir que en los sistemas tradicionales el hardware define el sistema. Todo esto cambia usando el concepto de instrumentos basados en ordenador o instrumentos virtuales. De este modo se pueden diseñar sistemas de automatización y medida de bajo costo. La programación gráfica con Labview® permite a los no programadores un método fácil para implementar aplicaciones complejas de test, medida y automatización. Con Labview® el software define el sistema. Los ficheros generados con Labview® se llaman Instrumentos Virtuales, VIs. Cada VI se compone de dos partes principales: el panel frontal (front panel) o interface con el usuario y el diagrama de bloques (block diagram) o código fuente y una tercera parte el icono y conector (icon and connector).
El panel de control es el interfaz de usuario con el VI, en él tendremos controles de entrada, visualizadores de salida, cuadros de diálogo, etc... El diagrama de bloques es el código gráfico del VI. En la figura se pasa un valor entre 0 y 100 mediante el botón de control (se simula una temperatura entre 0 y 100º C) este valor se muestra en un visualizador tipo termómetro y se convierte a grados Fahrenheit cuyo resultado se muestra en otro visualizador tipo termómetro.
Fi .2.1 .2.11 1 Plat Plataf afor orma ma labv labvie iew w lo oti oti o .
(“Introducción.PDF ftp://ftp.ehu.es/cidira/dptos/depjt/Instrumentacion/BK ANGEL/10_LabVIEW/Introducci%F3n.PDF”, s/f) 16
En el Instituto Tecnológico de Salina Cruz se llevan a cabo tareas de reproducción de tilapia, para el aprendizaje de los alumnos a cerca de esta especie, para que esto sea posible, el Tecnológico cuenta con dos áreas específicas que utilizan los alumnos de ingeniería en acuicultura para la reproducción y cría de los mismos. El área de reproducción es el más pequeño, pues solo consta de 9 estanques pequeños, con capacidad para 100 crías por estanque aproximadamente. Esta área se encuentra entre dos laboratorios de acuicultura. El área de crianza es el más grande con 9 estanques circulares, 3 de 6 m de diámetro y 6 de 3 m de diámetro. Esta área se encuentra en cuentra al fondo de los laboratorios lab oratorios de acuicultura. El proyecto se enfocara en el área áre a de reproducción, donde actualmente ya se tienen tien en a especies en reproducción, y estanques con crías. Lo que el proyecto quiere lograr en esta área es maximizar el número de crías que llegan a la madurez así como la disminución de los costos que con lleva mantener una granja acuícola.
3.1 UBICACIÓN DEL PROYECTO El proyecto se desarrollara en el área de reproducción de tilapia que tiene el Instituto Tecnológico de Salina Cruz localizada en carretera a San Antonio Monterrey Km. 1.7 en Salina Cruz, Oaxaca. El proyecto será realizado en el lado este de esta institución frente al laboratorio de química, donde se encuentra un espacio de 8m x 8m aprox. en el cual se ubicaran 5 estanques de 1m x 1.5m x 0.6m en el cual se pueden tener un máximo de 100 especies en crecimiento de tilapia por estanque.
Fig.3.1 ubicación de la granja
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3.2 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN 3.2.1 SELECCIÓN DE ALIMENTO Hay varias razones por las se deben complementar los alimentos naturales disponibles en el estanque con alimentos artificiales provenientes del exterior, por ejemplo: Cuando los alimentos naturales resultan resu ltan insuficientes para alimentar bien los peces, garantizando un correcto crecimiento y cuando se desea criar más peces en el estanque para disponer de una mayor cosecha y, al mismo tiempo, lograr una buena tasa de crecimiento. A medida que se van introduciendo más alimentos complementarios se va cambiando de un sistema extensivo a un sistema semi intensivo de producción. Los alimentos complementarios se encuentran disponibles en dos formatos: secos y húmedos. Los alimentos secos, por ejemplo cereales y tortas son más fáciles de almacenar, transportar y distribuir a los peces. Los alimentos húmedos, por ejemplo sangre, contenido del rumen, melazas y desechos de cervecerías, ce rvecerías, requieren un tratamiento adicional antes de su suministro, por ejemplo su mezcla con alimentos secos para que éstos absorban parte de la humedad o su secado para mejorar su duración en almacenamiento. El resultado de esto es que los alimentos complementarios se suministran a los peces, ya sean secos o húmedos. Esta última forma de presentación es la preferida por algunas especies y puede ser también más sabrosa sabro sa y digerible, proporcionando mejores resultados. Además puede optimizarse el uso de los alimentos reduciendo las pérdidas. Es importante adaptar el tamaño de las partículas de alimentos al tamaño de la boca b oca del pez a fin de reducir pérdidas y optimizar su utilización. Según el tamaño del pez, la preparación podría implicar diferentes procesos, como: triturado o molido de alimentos secos para juveniles; y cortado de materias vegetales en pedazos pequeños para peces herbívoros.
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3.2.2 RAZÓN DE ALIMENTACIÓN 3.2.2.1 Según su Peso y Tamaño La alimentación adecuada de los peces será determinante en el éxito de la crianza en términos de benefició / costo siendo el alimento balanceado en este caso el insumo más costoso y cuyo suministro a los peces no puede ser carente ni e xcesivo recomendando un promedio del 3% del peso total diario, considerando la dieta de plancton de la tilapia que en los estanques estará presente, compensando el consumo de alimento balanceado. Por lo tanto, la alimentación de los peces será manual y observando su demanda de alimento, tomando en cuenta el tamaño del bocado, debiendo considerar las distintas medidas del pellet (alimento balanceado) adecuadas al tamaño de la boca de los peces.
3.2.2.2 Horarios de Alimentación El aumento de la frecuencia de alimentación complementaria durante el día con lleva varias ventajas, especialmente si los alimentos naturales no forman una parte importante de la ingestión diaria de alimentos. Estas ventajas son:
Reducción de la pérdida de alimentos. Reducción del consumo consumo de oxígeno oxígeno disuelto y una mejora del nivel de la calidad del agua. Reducción de pérdida de nutrientes atribuible a lixiviación, lixiviación, mejorando mejorando así la calidad de los alimentos. Una mejora de la uniformidad del tamaño de los peces, dando mayor posibilidad de alimentación a los peces menos agresivos. Un mejor grado de crecimiento de los peces y de utilización utilización de los alimentos. alimentos.
Antes de decidir dec idir con qué frecuencia f recuencia se debe alimentar a los peces, se debe tomar nota de los puntos siguientes.
Mientras más pequeño es el pez, se le le debe alimentar con mayor mayor frecuencia. Los alimentos alimentos secos se deben distribuir más a menudo que los húmedos. No se debe distribuir más del 3 por ciento del peso total de los peces cada vez. Se debe reducir la frecuencia de alimentación a medida que descienda la temperatura del agua, o si llegara a sobrepasar los niveles óptimos.
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Se debe adaptar la frecuencia a la especie de pez. Las tilapias tilapias se desarrollan mejor con comidas pequeñas pero frecuentes. Las truchas mayores de 50 g, en cambio, prefieren una sola comida al día. Es necesario verificar el costo de la alimentación alimentación para asegurarse de que no sea excesivo en relación a los rendimientos obtenidos.
3.2.3 MONITOREO, INSPECCIÓN Y CONTROL DE LA ALIMENTACIÓN Se debe verificar regularmente la utilización de alimentos, para poder adaptar en consecuencia la alimentación. Esto se hace normalmente en varias ocasiones. Antes de administrar alimentos, alimentos, compruebe si hay alimentos sobrantes de la comida anterior. Para hacerlo se utiliza un salaba rdo hecho de malla fina metálica montada en un mango largo. Ajuste la alimentación según corresponda. Durante la alimentación, observe los peces pece s cuidadosamente a fin de ver el grado de apetito con que comen. Un buen apetito es señal de buena salud y de buena bu ena calidad del agua. Cada 15 a 30 días, compruebe la nueva biomasa de peces presente en el estanque y ajuste la ración alimenticia diaria según corresponda. corresponda . Compruebe la utilización de alimentos durante el último período de entre 15 y 30 días calculando la tasa de conversión de alimentos correspondiente a este período. Al final del ciclo de producción, compruebe el e l nivel n ivel de utilización de los alimentos calculando la tasa de conversión de alimentos para este ciclo específico. Base sus cálculos en registros exactos.
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3.2.3.1 Suspensión de la Alimentación En algunos casos es conveniente, e incluso absolutamente necesario, dejar de alimentar los peces:
Cuando la la temperatura del agua es demasiado baja o demasiado alta. Cuando el contenido de oxígeno disuelto es limitado. El día que aplique estiércol al estanque. Si aparece una enfermedad epidémica en el estanque.
No alimente sus peces durante los dos o tres días anteriores a actividades de manipulación que pueden provocar tensiones, por ejemplo: Cuando se clasifican y miden. Cuando se transportan vivos. En la cosecha final. Cuando se comercializan.
3.2.3.2 Cuando Alimentar a los Peces En condiciones normales de cría es preferible alimentar a los peces al menos una vez al día, generalmente seis días a la semana. Conviene alimentarlos más a menudo, si es posible, en particular a los juveniles. En algunas condiciones, por ejemplo, temperaturas bajas límites, se los debe alimentar só lo cada dos o tres días. El mejor momento del día para suministrar alimento es la mañana temprano, cua ndo la temperatura del agua y su contenido de oxígeno disuelto comienzan a aumentar. Se puede efectuar una segunda distribución al final de la tarde, un par de horas antes de la puesta de sol. En algunos casos, si se utilizan alimentadores de contacto, la hora y la cantidad las determina directamente el propio pez: los alimentos se suministran cuando el pez tiene hambre.
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3.3 PARAMETROS FISICOS-QUIMICOS En este tema se presenta la importancia de los parámetros fisicoquímicos el agua y su repercusión en el desarrollo de la especie a cultivar. También, se describen las condiciones necesarias para el desarrollo del tilapia. La calidad del agua está determinada por sus propiedades pr opiedades fisicoquímicas, entre las más importantes destacan, temperatura, oxígeno, pH, transparencia, entre otras. Estas propiedades influyen en los aspectos productivos y reproductivos de los peces. Por lo que es importante que los parámetros del agua se mantengan dentro de los rangos óptimos para el desarrollo de los peces. Para cultivar tilapia es importante que las propiedades fisicoquímicas del agua se mantengan dentro de los parámetros óptimos para garantizar el desarrollo de los peces.
3.3.1 PARÁMETROS FÍSICOS
3.3.1.1 Turbidez La turbidez del agua depende de la cantidad y tamaño de las partículas suspendidas. El color y la turbidez (o transparencia) son indicadores de la calidad del agua y mediante su observación se puede inferir la escasez de oxígeno y disponibilidad de nutrientes. Cuando el material en su spensión impide el paso de la luz, existe una disminución de la fotosíntesis y por tanto una merma de oxígeno. El color es el resultado de la relación existente entre la luz incidente y el material disuelto en el agua. Si la coloración del agua es verdosa, ello indica una cantidad suficiente de fitoplancton productor de oxígeno. En caso de que el agua presente coloración marrón o rojiza estará indicando la escasa presencia de fitoplancton y por tanto bajos niveles de oxígeno disuelto. 22
Para medir la transparencia del agua se utiliza el disco de Sexi que señala la penetración de la luz. Se considera que la visibilidad ideal para estanques no deberá ser superior a 45 cm (si excediera esta profundidad deberá aplicarse fertilizante), ni inferior a 20-25 cm, en cuyo caso se recomienda un recambio del agua hasta lograr la transparencia adecuada
3.3.1.2 Temperatura La temperatura es un parámetro que se debe verificar en cualquier cuerpo de agua donde queramos desarrollar el cultivo cu ltivo de peces. El rango óptimo de temperatura es de 28-32ºC. Cuando la temperatura disminuye a los 15ºC los peces dejan de comer y cuando desciende a menos de 12ºC los peces no sobreviven mucho tiempo. Durante los meses fríos los peces dejan de crecer y el consumo de alimento disminuye, cuando se presentan cambios repentinos de 5ºC en la temperatura del agua, el pez se estresa y algunas veces muere. Cuando la temperatura es mayor a 30ºC los peces consumen más oxígeno. En el dibujo de la derecha observamos el efecto de la temperatura en el desarrollo del cultivo. La tilapia es en general, altamente tolerante a las altas temperaturas, bajas concentraciones de oxígeno y altos niveles de amoníaco; resistiendo además, las altas salinidades (hasta 20 ppt). Sin embargo, tienen poca tolerancia a las bajas temperaturas, convirtiéndose en un serio problema en la instalación de sus cultivos en regiones de clima templado. Las temperaturas letales se ubican entre los 1011ºC. La reproducción se inhibe cuando las temperaturas se sitúan por debajo de los 20ºC. Para su crecimiento, se necesita entre 29 y 31ºC. Cuando los peces son alimentados a saciedad, el crecimiento se manifiesta 3 veces superior que a los 2022ºC. Cuando la temperatura excede los 37-38ºC se producen también problemas por estrés.
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2.3.2 FACTORES QUÍMICOS 3.3.2.1 pH La tilapia crece mejor en aguas de pH neutro o levemente alcalino. Su crecimiento se reduce en aguas ácidas y toleran hasta un pH de 5. El alto valor de pH, de 10 durante las tardes, no las afecta y el límite, aparentemente, es el de pH 11, ya que a alto pH, el amonio se transforma en amoníaco tóxico. Este fenómeno puede manifestarse con pH situados también a valores de 8, 9 y 10.
3.3.2.2 Oxigeno Uno de los gases fundamentales para los peces en el agua es el Oxígeno. El oxígeno disuelto en un cuerpo de agua es indispensable para la sobre vivencia de los organismos que ahí se desarrollan. La concentración normal de oxígeno para una correcta producción, es la de 5 ppm (2-3 mg/l), ya que el metabolismo y el crecimiento disminuyen cuando los niveles son bajos o se mantienen por períodos prolongados. La tilapia tiene la habilidad de extraer el oxígeno disuelto, por ello no se recomienda mantener una alta producción de plantas acuáticas superficiales en los mismos estanques, ya que ellas impiden la entrada de oxígeno de la atmósfera, por efecto de los vientos. Para aguas cálidas deberá tenerse alrededor de 5 ppm, la elevada concentración de plancton trae como consecuencia por la noche bajas conc entraciones de oxígeno disuelto (2ppm) haciéndose más crítico al amanecer (1pp) lo que puede ocasionar la muerte de los peces.
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3.3.2.3 Amoniaco El amoníaco es más tóxico a altas temperaturas (más a 32, que a 24ºC, por ejemplo). La disminución del oxígeno disuelto también aumenta la toxicidad del amoníaco, disminuyendo el apetito y el crecimiento en los peces, a concentraciones tan bajas como 0,08 mg/l. En cuanto a los También ocurren bajas concentraciones de oxígeno disuelto en días nublados o sombreados, o en ausencia de luz solar (por la falta de fotosíntesis). Cuando falta oxígeno en el agua, los peces suben a la superficie e intentan aspirar aire (peces boqueando, como se muestra en la figura superior) otros nadan de lado o se agrupan cerca de las entradas de agua fresca. Además se llega a percibir olores desagradables provenientes del agua. Niveles depredación (especialmente por pájaros) las líneas de tilapias rojas y blancas son las más susceptibles a sus ataques.
3.3.3 MEDICIÓN DE PARÁMETROS La medición de parámetros tanto físicos como químicos se hará mediante sensores de cada tipo. Para esto se hace la programación el e l lenguaje c de alto nivel y se hacen las pruebas correspondientes. (Todavía no disponible).
3.4. SISTEMA DE ENERGÍA 3.4.1 ALIMENTACIÓN ENERGÉTICA Se denomina energía eléctrica a la forma de energía e nergía que resulta de la existencia de una potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos cuando se los pone en contacto por medio de un conductor eléctrico. La energía eléctrica puede transformarse en muchas otras formas de energía, tales como la energía lumínica o luz, la energía mecánica y la energía térmica.
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3.4.1.1 Energías Alternas ENERGÍA EÓLICA Se denomina energía eólica a la energía obtenida de las corrientes de aire terrestre. Podemos afirmar que la Argentina cuenta en la Patagonia, a este respecto, con un verdadero paraíso de vientos. También se presentan favorables escenarios para el aprovechamiento eólico en la costa pampeana, la cordillera central y norte y otras locaciones. Los sistemas de aprovechamiento de este tipo de energía varían entre pequeños, para generación de electricidad y bombeo de agua y grandes para producción de energía eléctrica a gran escala. ENERGÍA SOLAR Se denomina Energía Solar, puntualmente, a los sistemas que aprovechan la radiación solar incidente sobre la tierra para calefacciones y/o generar energía eléctrica. Cabe destacar que la radiación solar que llega a la tierra influye directa o indirectamente en la producción de otras energías, como la eólica, hidráulica y biomasa. Nuestro país posee muy buenas condiciones, en la totalidad de su territorio Los sistemas más utilizados de aprovechamiento de energía ene rgía solar se diferencian en dos grandes grupos: Sistemas Térmicos y Sistemas foto-voltaicos.
3.4.2 ALIMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL Se pretende tener un sistema de control autosustentable con energía limpia proveniente de paneles solares evitando así los cortes de energía que se sufre cuando se sobre carga la red energética del instituto tecnológico de Salina Cruz. Para la alimentación del sistema se necesitara un sistema de 5 paneles solares qu e aporten 12.5 kW de potencia en total siendo de 2.5 kW de potencia cada uno para poder alimentar el sistema de bombeo de los estanques así como del sistema de control y monitoreo de la granja además del sistema de alimentadores automáticos descritos en capítulos anteriores.
3.4.2.1 Bombeo
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El sistema de bombeo se pretende realizar de dos formas circular para mantener oxigenado cada uno de los estanques y darles a los peces un mayor relajamiento y confort aumentando así su calidad de vida, alimentación y crecimiento.
3.4.2.2 Banco de Baterías El banco de baterías o acumuladores son dispositivos encargados de almacenar la energía eléctrica que se genera gener a en las celdas solares para su posterior utilización o en caso que no se tenga disponible la energía directamente de los paneles por efectos naturales como en las noches o por fenómenos meteorológicos como las lluvias, neblina, días nublados o con poca luz, etc.
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CAPÍTULO IV. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL 4. 1 Alimentador de peces Diagrama modular del alimentador, lo demás está en fase de diseño. (no disponible por el momento).
Alimentador de peces
Horarios de alimentación
Tipo de alimento y cantidad de alimento
Estructuración de los horarios y programación del mismo.
RPM. Del motor y abertura del contenedor de alimento
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4.2 Calidad de agua Calidad del agua
Parámetros físicos
Medición de temperatura
Sensor de temperatura y cálculo de turbidez
Turbidez Parámetros químicos
Muestreo de pH
Nivel de oxigeno
Medidor de pH, amoniaco y oxigeno
Muestreo del nivel de amoniaco
Visualización del sistema
Corrección de parámetros
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CONCLUSIONES El Proyecto que realizamos ha contribuido de manera muy importante para identificar y resaltar los puntos que hay que cubrir y considerar para llevar a cabo una implementación exitosa de una granja acuícola. Nos deja muchas cosas importantes que reflexionar y muchas otras las ha reforzado para llevar a cabo una buena implementación. Dentro de los puntos que consideramos para esta implementación son el detectar cuáles las necesidades en el área de Acuicultura, más específicamente en su área de reproducción de tilapia, la cual no contaba con ningún sistema de monitoreo de parámetros, lo cual hacia que los alumnos realizaran estas actividades manualmente haciendo que los peces no tuvieran un óptimo desarrollo debido al estrés que les ocasiona dichas actividades. Conforme fuimos realizando este proyecto nos fuimos percatando de muchas cosas que antes no habíamos considerado, que ignorábamos, tanto de los dispositivos electrónicos que empleamos para ello como ciertas características de la carrera de Ingeniería en Acuicultura. Hay muchas cosas que podríamos mencionar que aprendimos a lo largo de este proyecto. Sin embargo consideramos que la más importante de todas es llevar a cabo antes que nada una planeación de lo que se quiere realizar y que se espera obtener cuando se lleve a cabo un proyecto, esto incluye desde la problemática a resolver vista del punto de los afectados así como de los puntos de vista personales. La aplicación de este proyecto nos ayudó a nosotros como estudiantes de la carrera de Ingeniería en Electrónica a aplicar los conocimientos obtenidos en clase, así como la aplicación de otras capacidades que se obtuvieron durante el proceso del mismo, para la resolución de un problema pr oblema real que afectaba a nuestros compañeros acuicultores. Mas sin embargo cabe mencionar que en esta monografía no está completa del todo debido a que el capítulo capítulo 3 aún está en proceso, por lo cual no hemos podido podido estimar como está compuesta, sin embargo queda anotada para demostrar que está presente y se completara más adelante cuando esté terminado.
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OTRAS FUENTES Arduino. (2015, septiembre 21). En Wikipedia, la enciclopedia libre . Recuperado a partir de https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Arduino&oldid=85257750 Dispositivos de control.pdf. (s/f). Recuperado a partir de http://www.ceduvirt.com/resources/Dispositivos%20de%20control.pdf Gráficos de Control - Herramientas de la Calidad Aiteco Consultores. (s/f). Recuperado el 26 de septiembre de 2015, a partir de http://www.aiteco.com/graficos-de-control/ Introducción.PDF - ftp://ftp.ehu.es/cidira/dptos/depjt/Instrumentacion/BK ANGEL/10_LabVIEW/Introducci%F3n.PDF. (s/f). Recuperado a partir de ftp://ftp.ehu.es/cidira/dptos/depjt/Instrumentacion/BK ANGEL/10_LabVIEW/Introducci%F3n.PDF Microcontrolador PIC. (2015, septiembre 17). En Wikipedia, la enciclopedia libre . Recuperado a partir de https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Microcontrolador_PIC&oldid=8517 1108 Microsoft Word - SISTEMAS AUTOMATICOS DE CONTROL.doc - SISTEMAS AUTOMATICOS DE CONTROL.pdf. (s/f). Recuperado Recuperado a partir de http://www.juntadeandalucia.es/averroes/~23005153/d_tecnologia/bajables/ 2%20bachillerato/SISTEMAS%20AUTOMATICOS%20DE%20CONTROL.p df MONOGRAFICO: Lenguajes de programación - Principios básicos bás icos de PLC | Observatorio Tecnológico. (s/f). Recuperado el 26 de septiembre de 2015, a 31
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GLOSARIO DE TÉRMINOS
ADC Analog – Analog – to to- Digital Converter, Conversor de análogo análo go a digital. Un conversor o convertidor analógico-digital es un dispositivo electrónico que convierte una señal analógica de voltaje en valores binarios, Se utiliza en equipos electrónicos como computadores, grabadoras de sonido, de vídeo, y equipos de telecomunicaciones. La calidad de similitud entre la señal analógica original, y la convertida a digital, depende de la cantidad de muestras que tome por segundo. FEEDBACK Realimentación
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ANEXOS Anexo No. 1 PIC 16F877A
Imagen de un PIC 16F877A
Diagrama de los pines de conexión del PIC 16F877A 34
Tabla de Pines del PIC 16F877A
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Anexo No. 2 PANEL SOLAR
Tabla de las especificaciones del Panel solar Conermex para 50 W
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Panel solar Conermex para 50 W (imagen obtenida de la página web de Conermex)
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