INCUBATRONICK
INTRODUCCION La incubación artificial de huevos de ave, es una actividad que se lleva a cabo desde mediados del siglo IX. IX. Desde Desde ento entonc nces es la incu incuba bador dora a ha evol evoluc ucio iona nado do desd desde e incu incuba bador doras as manua manuale les, s, fabricadas fabricadas en madera, con una capacidad capacidad reducida reducida de huevos a incubar, incubar, hasta naves computarizadas con capacidades de miles de huevos, con sensores que permiten tener una atmósfera propicia para el nacimiento de aves. La incubación artificial artificial surgió de la necesidad de satisfacer satisfacer la demanda demanda alimentici alimenticia a de la humanidad, y para poder incubar especies que por selección natural es difícil que se logren. n la actualidad se cuenta con controles electrónicos digitales de alta precisión, sin embargo, son pocas las incubadoras que garantizan una alta tasa de nacimientos ! mayor del "#$%, que tenga un consumo de energía moderado, y que su interface de control sea fle&ible al usuario, esto debido, entre otras cosas, a que no incorpora un sistema de control en el cual un solo módulo monitoree los par'metros a controlar, es decir, a un módulo se le asigna la medición de la temperatura, a otro la humedad, y a otro la posición de los huevos, no habiendo una intercone&ión entre sí, lo cual no permite relacionar los par' par'met metro ros, s, que que es muy impo import rtant ante, e, por por e(em e(empl plo, o, cuan cuando do se requ requie iere re cont control rolar ar la humedad. n la incubadora que se dise)ó se ha atendido principalmente al desarrollo de un control electrónico que controle los par'metros de la incubadora, por lo que en *ste artículo se har' *nfasis *nfasis primor primordia dialme lmente nte en como como el dise)o dise)o mecatr mecatrónic ónico, o, ayudó ayudó a resolv resolver er un problema de dise)o, apoy'ndose en modelos matem'ticos para poder llevar a cabo el control de los par'metros de incubación.
TALLER TALLER DE INVESTIGACION INVESTIGACION II
1
MARCO TEORICO l tama)o y tipo de la incubadora seleccionada depende de las necesidades y de los planes futuros de cada productor. +ay muchos modelos disponibles que son diferen diferentes tes.. ara ara a(uste a(ustess contin continuos, uos, se recomi recomiend endan an unidad unidades es separad separadas as de incubadora y nacedora. -i todos los huevos en la unidad est'n en la misma etapa de incubación, se puede utilizar una sola unidad. bicar las unidades de incubadora y nacedora en el interior para protegerlas de cambios clim'ticos fuertes. s fundamental que la habitación tenga un buen sistem sistema a de ventil ventilació ación n para sumini suministr strar ar sufici suficient ente e aire aire fresco. fresco. /anten /antener er las unid unidad ades es en el inte interi rior or hace hace m's m's f'ci f'cill mant manten ener er unif uniform orme e la hume humedad dad y la temperatura. 0'sicamente e&isten dos tipos de incubadoras disponibles, de aire forzado y de aire quieto. Las incubadoras de aire forzado tienen ventiladores que proporcionan circulación interna de aire. La capacidad de estas unidades puede ser muy grande. Las incubadoras de aire quieto son generalmente peque)as, sin ventiladores para circulación de aire. l intercambio de aire se logra por la elevación y escape del aire caliente y viciado, y el ingreso de aire m's fresco cerca de la base de la incubadora. Las temperaturas recomendadas varían entre las dos incubadoras, así que siga la recomendación del fabricante que acompa)a la unidad.
OBJETIVOS
Objetivo General.
1ealizar la programación adecuada para controlar las variables que son de suma importancia en el proceso de incubación de los huevos.
Objetivos Ese!"#i!os.
2dquirir los valores de temperatura y humedad de los huevos de la incubadora, por medio del 2rduino /32. 1ealizar la respectiva programación en el soft4are Live4ire, la cual me permita controlar las variables de mi proceso.
JUSTI$ICACION
ara huevos de gallina la temperatura ideal es 56,7# grados centígrados !88.6#9%, puede decirse que es ideal de 56,# a 56." en el embrión, como el control que dise)amos es preciso lo a(ustamos con un sensor de temperatura y humedad en 56," como temperatura media, y rara vez llegó a 5". !La temperatura tarda en refle(arse dentro del huevo, por la resistencia t*rmica del mismo% La humedad relativa para huevos de gallina debe estar entre el #: y 7# por ciento. l prototipo de incubadora que dise)amos fu* en la ca(a de un horno microondas inservible, lo aislamos con una fibra aislante, que utilizan las refrigeradoras y cocinas modernas. 2l hacer la incubadora hay que tener cuidado de no permitir que se pierda mucha humedad, porque en la puerta puede quedar una separación suficiente para ba(ar mucho la humedad, y esta es muy importante en la incubadora. ara producir el calor utilizamos ; bombillas de 7: 4atts cada serie< con esto las bombillas no calientan mucho y dan poca luz. -eleccionar una fuente de calor apropiada es de mucha importancia, porque si es muy fuerte, el arduino apaga y sigue subiento mucho la temperatura. = si es deficiente, el arduino enciende y dura m's para nivelar la temperatura. ntre m's grande la incubadora, es m's difícil controlar la temperatura y la humedad relativa. >uando se acomete un proyecto de construcción de una incubadora de aves, uno de los primeros pasos que hay que dar es saber las condiciones mínimas que tiene que cumplir el dispositivo para satisfacer nuestras necesidades. Debemos conocer los par'metros que son necesarios controlar, en este caso se controla la temperatura, humedad y la ventilación en la incubadora.
La principal razón para realizar este proyecto, es el obtener me(ores resultados, en cuanto a la cría de aves. -e quiere asegurar el nacimiento de aves de cualquier tipo, con un mínimo consumo de energía. n la incubadora se tiene que procurar tener un sistema de control
de
temperatura que sea lo suficientemente bueno y que nos permita obtener una temperatura de incubación estable. rocurar que la ventilación de la incubadora se est* realizando de manera correcta porque es muy importante, ya que el aire fresco, o&igenado es necesario para la respiración de los embriones en desarrollo.
INCUBATRONICK
CONDICIONES DE %A INCUBACION
l inadecuado control de temperatura y humedad produce por lo general malos resultados. l control inadecuado significa que la temperatura o la humedad est'n demasiado alta o demasiado ba(a durante el tiempo suficiente para que interfiera con el crecimiento normal y el desarrollo del embrión. ?ambi*n se dan malos resultados debido a una ventilación inadecuada, las vueltas no apropiadas que se dan al huevo, y el mal saneamiento de las m'quinas o de los huevos.
@btenga la me(or eclosión manteniendo la temperatura a A:: grados 9 !56.6 >% durante todo el período de incubación al utilizar una incubadora de aire forzado. Las fluctuaciones menores de temperatura !menos de B grado% por encima o por deba(o de A:: grados 9 !56.6 >% son toleradas, pero no de(e que las temperaturas varíen m's de un grado. Los periodos prolongados de temperaturas altas o ba(as alterar'n el *&ito de la eclosión. Las temperaturas altas son especialmente peligrosas.
na incubadora de aire forzado que est' demasiado caliente tiende a producir eclosión temprana. na que se mantiene constantemente fría tiende a producir eclosiones tardías. n ambos casos se reducir' el nCmero de pollitos que eclosionan. /antenga la incubadora de aire quieto a A:; grados 9 !5"." >% para compensar la estratificación de la temperatura dentro de la incubadora. @btenga la lectura adecuada de la temperatura elevando el bulbo del termómetro a la misma altura que la parte superior de los huevos, cuando los huevos est'n colocados horizontalmente. -i los huevos est'n colocados en posición vertical, eleve el bulbo del termómetro a un punto que est* entre y B pulgada !:.7 a A.; cm% y por deba(o de la parte superior de los huevos. La temperatura se mide en el nivel donde se desarrollan los embriones !en la parte superior del huevo%. Eo permita que la bombilla del termómetro toque los huevos o la incubadora. @btendr' mediciones incorrectas como resultado. ?ama)o de la celda de aire los días 6, AF y A" de incubación ?ama)o de la celda de aire los días 6, AF y A" de incubación
n error de un grado por ;A días puede interferir seriamente con el crecimiento embrionario. >ompruebe la e&actitud del termómetro de la incubadora colocando el bulbo (unto al bulbo de un termómetro clínico !el tipo que se usa para medir la temperatura corporal% o de un buen termómetro de laboratorio. -e su(eta ambos ba(o agua tibia del grifo y compare las lecturas. >ompense cualquier variación del termómetro de la incubadora aumentando o disminuyendo la cantidad de variación. n termómetro con una columna de mercurio partida o con intervalos no dar' una lectura e&acta. La humedad se controla cuidadosamente para evitar la innecesaria p*rdida de humedad del huevo. La humedad relativa de la incubadora entre que se colocan los huevos y tres días antes de la eclosión debe permanecer en #"G7:$ o "FG"7 grados 9 !;"." H 5: >% del bulbo hCmedo. >uando se da la eclosión, se aumenta la humedad a 7#$ de humedad relativa o m's. n e&celente m*todo para determinar la humedad correcta es poner al trasluz de vela los huevos en diversas etapas de la incubación. -e muestra el tama)o normal de la celda de aire despu*s de 6, AF y A" días de incubación de un huevo de gallina. ueden hacerse a(ustes necesarios de humedad como resultado de la inspección con la vela. l peso de los huevos debe disminuir A;$ durante la incubación si se esperan buenas eclosiones. >on frecuencia hay confusión en cuanto a cómo se e&presa la medición de la humedad. La mayoría de personas en la industria de la incubación se refiere al nivel de humedad en t*rminos de grados 9, !bulbo hCmedo% en lugar de porcenta(e de humedad relativa. Los dos t*rminos son intercambiables y la humedad real depende de la temperatura !9.% segCn se mide con el bulbo del termómetro seco. La conversión de las dos medidas de humedad puede hacerse usando el siguiente cuadro
1ara vez la humedad est' demasiado alta en incubadoras de aire quieto que est*n correctamente ventiladas. l 'rea del recipiente de agua debe ser equivalente a la mitad o m's del 'rea de la superficie del piso de la incubadora. na mayor ventilación durante los Cltimos días de incubación y eclosión puede requerir que se a)ada otro recipiente de agua o una espon(a hCmeda. La humedad se mantiene incrementando el 'rea de la superficie de agua e&puesta. La ventilación es muy importante durante el proceso de incubación. /ientras el embrión desarrolla, o&ígeno entra al huevo a trav*s de la c'scara y el dió&ido de carbono escapa de la misma manera. 2 lo que los pollitos eclosionan, necesitan un mayor suministro de o&ígeno fresco. 2 medida que los embriones crecen, las aberturas de ventilación de aire se abren gradualmente para satisfacer la creciente demanda de o&ígeno embrionaria. Debe tenerse cuidado para mantener la humedad durante el período de incubación. Los orificios de ventilación sin obstrucciones, tanto por encima como por deba(o de los huevos, son esenciales para el adecuado intercambio de aire.
CARACTERISTICAS GENERA%ES
n la figura A se muestra el aspecto físico de una incubadora con capacidad para ; huevos, la cual se encuentra dotada de diferentes elementos, tales como resistencias, para suministrar calor, contenedores para colocar los huevos, un panel de control que consta de un modulo lcd y un circuito programado, sensores de humedad y temperatura que toman las medidas de la humedad y temperatura respectivamente para saber el estado interno de la incubadora, y un sistema de ventilación que permite mantener el aire limpio y una temperatura constante en el interior de la incubadora. Las paredes de la incubadora se han dise)ado de tal manera que la transferencia de calor al e&terior sea mínima, ya que entre las l'minas interior y e&terior, se ha colocado espuma de poliuretano que tiene un ba(o coeficiente de conducción t*rmica. ara determinar el comportamiento de la transferencia de calor se utilizó la ley de 9ourier y para saber que resistencias eran las adecuadas se utilizó la ley de enfriamiento de ne4ton.
Fig. 1 Paredes de la incubadora
%ISTA DE MATERIA%ES
?1I2>J 21DIE@ /32 1@?@0@21D 1-I-?E>I2- D A:: K >20L ? 2E?2LL2 L>D ?/@1I2D@1 9@>@-@M+N@>2O2 D /2D12 NE?IL2D@1 D >@/?2D@12 21D D EI-L -E-@1 D ?/12?12 IE?11?@1@?E>I@/?1@ D A:PK
Fig. 2 Partes que conforman la incubadora
$UNCIONAMIENTO
n la figura 5 se muestra la disposición física de una incubadora. La incubadora se dise)ó basada en los cuatro puntos antes mencionados, ya que controla temperaturas desde 5;Q9 hasta A::Q9 con variaciones de :.FFQ9. La humedad tiene un rango de operación de ;# $ hasta 8:$ con variaciones de A$. l tiempo
de volteo permite un rango de A a ;## min y se ha implementado un sistema de ventilación forzada, que por un lado absorbe aire limpio, y por otro saca el aire viciado debido a la respiración de los embriones. Dentro de la incubadora, par'metros como humedad, temperatura, tiempo de volteo y ventilación, se encuentran perfectamente controlados con el fin de obtener una taza de nacimientos mayor del "#$ La incubadora que se dise)o permite incubar diferentes especies de ave, ya que por medio de un teclado se pueden introducir valores de los par'metros a controlar, con lo cual se puede incubar desde pato, que
requiere
una
temperatura de A:AQ 9 y 6:$ de humedad, hasta avestruz, que requiere 8"Q 9 y 5# $
Fig 3 Incubadora armada
IM&GENES DE %A INCUBADORA TERMINADA
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
'ASOS 'ARA %A INCUBACION
A.G 9@1/2>IRE = 91?ILI2>IRE DL +N@.
Del ovario izquierdo !el derecho en las gallinas est' atrofiado% se desprenden las yemas !ovocitos%. stas durante su paso a lo largo del oviducto adquieren primero la clara o albCmina y por Cltimo la c'scara, por lo que la formación del huevo se realiza a lo largo del oviducto
y dura, en
la gallina, ;F horas.
La fecundación se produce siempre en la parte superior del oviducto gracias a la unión del espermatozoide !c*lula se&ual masculina% con el óvulo !c*lula se&ual femenina%, por lo que el huevo para ser f*rtil necesita la participación del gallo. ;.G IE>02>IRE. odemos definir al r*gimen de incubación como el con(unto de factores físicos presentes en el medio ambiente que rodea al huevo. Los factores que lo integran son A% ?emperatura ;% +umedad 5% Nentilación F% volteo de los huevos. De todos ellos la temperatura es el factor de mayor importancia, ya que, peque)as variaciones en sus valores pueden resultar letales para muchos embriones.
5.G >2LE?2/IE?@ D L@- +N@- 2E?- D L2 IE>02>IRE 2ntes de introducir los huevos en la incubadora es conveniente someterlos a un período de aclimatación. De esta manera, evitaremos variaciones bruscas de
temperatura y que el vapor de agua se condense en la c'scara, taponando los poros. Gre incubación de +uevos Los huevos se pueden pre incubar para aumentar el porcenta(e de incubabilidad de un A a un ; $. -e someten a una temperatura de 5"Q> durante ; horas, y despu*s se enfrían a temperatura ambiente antes de colocarlos en las incubadoras. F.G L2 IE>02D@12. roceso de incubación par'metros a considerar l dise)o de una incubadora es en esencia una solución de ingeniería a los par'metros biológicos de temperatura, humedad, recambio de aire y volteo. reviamente a la introducción de los huevos en la incubadora hemos de graduar perfectamente la temperatura y la humedad ya que una vez introducidos es m's difícil graduar estos par'metros. s recomendable que la incubadora est* colocada en una habitación con una temperatura comprendida entre los A# y ;5Q >. y, ue esta habitación, tenga una buena ventilación pero sin corrientes de aire. G?emperatura l calentamiento de los huevos durante la incubación artificial se produce mediante el intercambio de calor entre el aire y los huevos. De ahí se deriva, que la temperatura del aire se constituye en el factor fundamental en este proceso.
G1elación entre la temperatura del aire de la incubadora y los huevos incubados. 2l comienzo de la incubación, los embriones no est'n preparados funcionalmente !ni org'nicamente% para emitir calor. or esto reaccionan como los organismos de sangre fría, es decir, cuando la temperatura del aire se eleva, aumenta el
metabolismo de los embriones. -i la temperatura disminuye, el metabolismo decrece igualmente. or tanto, el aumento de la temperatura favorece la multiplicación celular, la formación de las capas y las membranas embrionarias !alantoides, corion, amnios y saco vitelino%, así como la nutrición. n resumen, se incrementa
el ritmo
de
crecimiento
y
desarrollo
de
los
embriones.
GNentilación l problema de la ventilación debe ser abordado desde dos 'ngulos la circulación de aire propiamente dicha y la re ventilación o recambio de aire. /ediante el aire que circula en el interior llega a los huevos el calor y la humedad necesarios. or otra parte, el recambio de aire constante es necesario para la e&tracción del e&ceso de calor que pudiera acumularse en el interior del gabinete de incubación y asegurar la pureza del aire. Durante la incubación el huevo absorbe o&ígeno y elimina anhídrido carbónico en gran cantidad. na adecuada re ventilación es necesaria para eliminar el agua que produce el huevo por transpiración, renovar el o&ígeno imprescindible para la respiración del embrión y eliminar el >@ ;. ara nuestro caso decidimos que la ventilación estar' a cargo de ventiladores de computadoras ubicado en el lado del gabinete, así circular' una corriente de aire y los huevos estar'n ventilados, sin embargo queda sobreentendido que la incubadora deber' colocarse en una habitación bien ventilada. Nolteo. n la incubación natural, las aves voltean los huevos que incuban con cierta frecuencia, de ahí que en el proceso de incubación artificial sea necesario repetir este procedimiento mediante medios mec'nicos. l desarrollo de los embriones transcurre normalmente sólo cuando los huevos son volteados periódicamente durante los primeros A" días de incubación. l huevo, como se ha e&plicado antes,
pierde agua durante todo el período de incubación, es decir, sufre un proceso de desecamiento. or este motivo, el embrión est' e&puesto a pegarse a las membranas internas de la c'scara, lo que puede provocar su muerte, en particular durante los primeros seis días de incubación. La frecuencia de volteo óptima es de una vez cada A ó ; horas. l giro debe alcanzar los 8: grados. >on todas estas consideraciones proseguimos al dise)o. Dise)o +emos determinado que nuestro sistema debe ser capaz de realizar las siguientes tareas G>ontrol de temperatura mediante una brecha diferencial de m's menos medio grado. G1otación del huevo cada determinado tiempo. GLa ventilación y humedad deber'n ser regulados mediante un ventilador en la pared lateral de la incubadora.
DESARRO%%O TE(RICO. Lo primero que hicimos en nuestro dise)o es elegir que sensor de temperatura y que microcontrolador ser' utilizado. Debido a su precio económico y su limitada cantidad de registros, así como la facilidad de programación en lengua(e ensamblador, elegimos el arduino como microcontrolador ya que fue necesario un
sensor de temperatura que soportara este protocolo. tilizamos el sensor de temperatura y humedad, que soporta la transferencia de datos mediante los pines. 9inalmente acoplamos la etapa de potencia al potenciometro, dicho elementos funciona bastante bien en esta situación, ser'n acoplados al microcontrolador para el control de temperatura y movimiento.
La mayor dificultad del proyecto es controlar la cantidad de perif*ricos simult'neamente mediante un solo microcontrolador.
l perif*rico que m's líneas de bus utiliza para su control es sin duda el display L>D para la visualización de temperatura.
1esulta interesante que este no es necesario para el control autom'tico pero (uega un papel vital en caso de alguna avería del sistema. l sensor de ?emperatura muestrea los datos cada ; segundos, De este modo es posible eliminar la posibilidad de un cambio abrupto en la temperatura que no sea detectado. ?odo el proceso queda plasmado en el siguiente programa hecho en legua(e ensamblador, las librerías y subrutinas utilizadas en el pueden ser encontradas como e(emplos en el libro /icrocontrolador I>A79"F
CONC%USION
l haber incorporado un microcontrolador al control de la incubadora que se dise)ó, ha permitido me(orar el funcionamiento y el rendimiento en la incubadora con respecto a otras. l tener un control con sensores de precisión, relacionados entre si han permitido obtener tazas de nacimiento de hasta un 8#$ con respecto a incubadoras que ofrecen a lo m's un ":$ utilizando controles convencionales. @tro resultado que se refle(a el incorporar un microcontrolador !arduino% es el ahorro de energía y agua, ya que, por e(emplo, una incubadora que ya ha sido fabricada, con una capacidad de A:::huevos tiene un consumo de A::: 4atts y por día gasta entre ;: y 5: litros de agua. na de las incubadoras que se dise)ó, con la misma capacidad. n cambio una electrónica est' dise)ada dependiendo de la temperatura ambiente
BIB%IOGRA$IA
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O.. >olman, S?ransferencia de calorT, "U ed, /c3ra4 +ill A88" pp AG"V
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