FORO DE RECONOCIMIENTO GENERAL

TRABAJO COLABORATIVO No 2JAVIER MAURICIO OSORNO OSORIO 94477114EDWIN ROZO GONZLEZ 80005699

WILLIAN ANDRS LOZADATutor

Jean_Pierre Lara ArbelezINTRODUCCIN A LA INGENIERA ELECTRNICA90022-55

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ESCUELA DE CIENCIAS BSICAS, TECNOLOGAS E INGENIERAS

PROGRAMA DE INGENIERA EN ELECTRNICA

Mayo 21 de 2011INTRODUCCINOBJETIVOS

DISEO DE UNA SOLUCIN El grupo de trabajo colaborativo deber disear una solucin para la siguiente situacin:

Un invernadero automatizado para el cultivo que el grupo defina. Deber cumplir con las siguientes condiciones:

1. Controlar al menos seis (6) variables. El grupo las define.

2. Control local y remoto.

3. Usar eficientemente el agua, los agroinsumos y las condiciones ambientales.

4. El lugar de instalacin tiene una altura sobre el nivel del mar de 1250 metros.

5. El clima vara entre 12 grados Celsius en las noches a 28 grados Celsius en el da. El cultivo necesita de un clima entre 18 y 22 grados Celsius.

6. Existen vientos de 4 km/seg. hasta 25 km/seg. En direccin sureste noroeste.

7. El terreno tiene una inclinacin o pendiente de 5 grados en la direccin oriente occidente. En la parte occidental existe una quebrada o riachuelo que alimenta la planta de tratamiento al acueducto municipal.

8. El suministro de energa comercial es irregular. Segn la facturacin del ltimo mes, dice que el nivel de fallas por mes es de 12 y el tiempo sin servicio en el mes es de 38 horas.

9. El rea del terreno es una hectrea.

INVERNADERO

Un invernadero (o invernculo) es una construccin de vidrio o plstico en la que se cultivan plantas, a mayor temperatura que en el exterior.

Aprovecha el efecto producido por la radiacin solar, producida por el sol que, al atravesar un vidrio u otro material traslcido, calienta los objetos que hay adentro; estos, a su vez, emiten radiacin infrarroja de longitud de onda mayor que la solar, por lo cual no pueden atravesar los vidrios a su regreso quedando atrapados y produciendo el calentamiento. Las emisiones del sol hacia la tierra son en onda corta mientras que de la tierra al exterior son en onda larga. La radiacin visible puede traspasar el vidrio mientras que una parte de la infrarroja no lo puede hacer.

El cristal o plstico usado para un invernadero trabaja como medio selectivo de la transmisin para diversas frecuencias espectrales, y su efecto es atrapar energa dentro del invernadero, que calienta el ambiente interior. Tambin sirve para evitar la prdida de calor por conveccin.

Para qu sirve un invernadero?

Un invernadero es una construccin especial que sirve para crear y mantener las condiciones ambientales apropiadas para el cultivo de especies vegetales; sean verduras, plantas ornamentales o plantines para forestacin.En qu consiste?

Los invernaderos consisten en una estructura simple, con una cobertura transparente a la luz y que a su vez ofrece proteccin contra algunos factores agresivos del clima, (p.ej. viento, lluvias, bajas temperaturas) que afectan la vida de las plantas.CARACTERSTICAS A CONSIDERAR PARA EL DISEO DE UN INVERNADEROLa estructura:Puede estar constituida por diversos materiales, los ms comunes son el metal y la madera.Actualmente, el costo entre estos dos materiales mantiene una relacin de 3:1, es decir que una estructura de metal cuesta tres veces ms que una de madera. Con respecto a la vida til de estas estructuras, la de metal est estimada en 25 aos, con un pequeo mantenimiento cada tres aos; mientras que en madera podemos esperar una duracin de 5, con mantenimiento cada 2 aos.

La cobertura:

Es el elemento que ejerce la verdadera proteccin del cultivo, porque si bien permite el paso de la luz y el calor, constituye una barrera para el fro, el viento, y cualquier otra condicin climtica que no favorezca el buen desarrollo de las plantas.

La cobertura debe cumplir los siguientes requisitos fundamentales:

Resistencia fsica.

Duracin suficiente para que su utilizacin sea rentable.

Mxima transparencia a la radiacin de onda corta, que es la luz solar que se recibe durante el da.Esta ltima caracterstica es la que conducen a que la temperatura del interior sea superior a la del exterior.

Los materiales ms comunes utilizados como cobertura son el plstico y el vidrio, cada uno con sus ventajas y sus limitaciones.Cmo elegir......la ubicacin?Para elegir el lugar donde construir un invernadero debemos tener en cuenta:

Exposicin al sol y duracin del fotoperodo.

Vientos predominantes, debemos lograr la exposicin mnima.

Suelo con profundidad efectiva apta para produccin de plantines.

rea libre de anegamientos (inundaciones) estacionales.

Accesibilidad vehicular .

Cercana a fuente de agua y energa elctrica.

...la orientacin?

Uno de los factores que ms incide en la produccin de cualquier especie vegetal es la luz, por lo que debemos procurar que sta llegue lo mejor posible al invernadero. La orientacin del mismo har que los rayos solares penetren en mayor o menor grado.Otro factor a tener en cuenta al decidir la orientacin del invernadero es el viento. Al hablar de la ubicacin, debemos intentar tener una mnima exposicin a los vientos predominantes. El viento fuerte trae el peligro de dao tanto en la estructura como en el material de la cubierta. Lo ideal es que el invernadero presente la menor resistencia posible, esto se logra orientando el invernadero con su lado ms largo en la misma direccin que el viento o bien, en diagonal.

...la forma?

La forma del invernadero se elige en funcin de:

los materiales que se utilizaran para su construccin.

la mayor comodidad para la instalacin de ventilacin.

el volumen de aire que quede en el interior. (Lo ideal es mantener una relacin de 3 m3 de aire/1 m2 de superficie cubierta, con lo que se puede garantizar que el aire del interior amortiguar mejor los cambios de temperatura).

...el tamao?

La superficie cubierta se determina calculando la superficie que se necesitar para el cultivo.

...la ventilacin?

La ventilacin es un aspecto bsico a tener en cuenta para el manejo de ambientes controlados. Esto se debe a que no slo es el mtodo ms econmico de refrigerar un invernadero sino que regula tambin la humedad del aire y favorece la renovacin de dixido de carbono.

El rea total de ventilacin, incluyendo puertas y ventanas debe ser como mnimo equivalente al 20 % de la superficie cubierta del invernadero.

Para zonas poco ventosas donde pueda dificultarse la ventilacin del invernadero es conveniente optar por un sistema de ventilacin cenital, sta consiste la ubicacin de las ventanas en la parte ms alta del techo para crear un efecto de tiraje en el cual no necesitamos de la accin del viento para lograr la renovacin del aire. El aire caliente se concentra en la parte superior del invernculo, y al abrir las ventanas ste sale, simplemente porque sigue subiendo, y a la vez se crea una succin de aire fresco desde las aberturas de abajo, que ocupa el lugar del aire que est saliendo. De sta manera, con solo abrir las ventanas cenitales, y las puertas o las ventanas laterales, logramos una renovacin constante del aire del invernadero inclusive durante los das totalmente calmos.

DESCRIPCIN DEL PROCESO DE AUTOMATIZACIN

Las variables a controlar son:

Temperatura: habr que controlar la temperatura del ambiente del Invernadero y la Temperatura de la tierra de los plantines. Para regular la temperatura del Ambiente, se cuenta con un Sensor de Temperatura (Pt100), que est ubicado en el centro geomtrico del invernadero y con una serie de actuadores que consisten en dos ventanas laterales, un Ventilador Refrigerante, un panel Refrigerante y un Ventilador Calefactor. Para regular la temperatura de la Tierra, se cuenta con un sensor de temperatura, que est ubicado en una de las camas y con una bomba asociada a un termo tanque que se usa para levantar la temperatura. Ventilacin: Es importante tener un adecuado sistema de ventilacin para refrigerar un invernadero y regula tambin la humedad del aire y favorecer la renovacin de dixido de carbono. Esta variable depende de la temperatura del lugar y la velocidad del viento para evitar daos internos en el invernadero. Para la medicin de la velocidad del viento se utilizar un anemmetro digital y como sistema actuador motores paso a paso para lograr una apertura adecuada de las ventanas del invernadero.

Humedad: la Humedad de la Tierra del plantn debe estar dentro de ciertos parmetros para que este pueda desarrollarse en forma adecuada. Para lograr esto, se cuenta con un Sensor de Humedad y con una Bomba, Electrovlvulas y boquillas de aspersin, encargados de humidificar la Tierra.

Iluminacin: los plantines necesitan 16 horas de luz. Por lo tanto cuando la luz del da no alcance, habr que suplementar dicha necesidad con luz artificial. Esto ser particularmente necesario en invierno, cuando los das son ms cortos. Para controlar esta variable, se cuenta con una fotocelda, con el reloj interno del controlador y con un grupo de Luces.

Sistema de riego (Flujo de agua): los plantines requieren un sistema de riego automtico que asegure la cantidad de agua precisa en los tiempos programados de acuerdo a las caractersticas de cada cultivo. Para ello se cuenta con un medidor de flujo y vlvulas solenoide que permita el paso/cierre de agua a cada sector del invernadero. A travs del controlador se ajustan las frecuencias y tiempos de riego requeridos.

Suministro de energa elctrica: mantener las condiciones ambientales internas de invernadero requiere que todos los componentes elctrico y electrnicos funcionen todo el tiempo y debido a las fallas del sistema elctrico del invernadero, es necesario instalar una Transferencia automtica que permita el cambio a suministro de energa de un planta elctrica.

SENSORES

RTD (Pt100):

Los detectores de temperatura resistivos (RTD Resistance Temperature Detector) son sensores temperatura basados en la variacin de la resistencia de un conductor con la temperatura. Su smbolo es el siguiente, en el que se indica una variacin lineal con coeficiente de temperatura positivo.

Smbolo RTD

Al calentarse un metal habr una mayor agitacin trmica, dispersndose ms los electrones y reducindose su velocidad media, aumentando la resistencia. A mayor temperatura, mayor agitacin, y mayor resistencia.

La variacin de la resistencia puede ser expresada de manera polinmica como sigue a continuacin. Por lo general, la variacin es bastante lineal en mrgenes amplios de temperatura.

donde:

R0 es la resistencia a la temperatura de referencia T0 T es la desviacin de temperatura respecto a T0 (T = T T0)

es el coeficiente de temperatura del conductor especificado a 0 C, interesa que sea de gran valor y constante con la temperatura

Ventajas de los Sensores RTD

Margen de temperatura bastante amplio.

Proporciona las medidas de temperatura con mayor exactitud y repetitividad.

El valor de resistencia del sensor RTD puede ser ajustado con gran exactitud por el fabricante (trimming), de manera que su tolerancia sea mnima. Adems, ste ser bastante estable con el tiempo.

Los sensores RTD son los ms estables con el tiempo, presentando derivas en la medida del orden de 0.1 C/ao.

La relacin entre la temperatura y la resistencia es la ms lineal.

Los sensores RTD tienen una sensibilidad mayor que los termopares. La tensin debida a cambios de temperatura puede ser unas diez veces mayor.

La existencia de curvas de calibracin estndar para los distintos tipos de sensores RTD (segn el material conductor, R0 y ), facilita la posibilidad de intercambiar sensores entre distintos fabricantes.

A diferencia de los termopares, no son necesarios cables de interconexin especiales ni compensacin de la unin de referencia.

Anemmetro:

El anemmetro es un aparato meteorolgico que se usa para la prediccin del tiempo y, especficamente, para medir la velocidad del viento (No siempre es exacto a menos que sea un anemmetro digital)

Medidor de Flujo (caudalmetro):

Un caudalmetro es un instrumento de medida para la medicin de caudal o gasto volumtrico de un fluido o para la medicin del gasto msico. Estos aparatos suelen colocarse en lnea con la tubera que transporta el fluido. Tambin suelen llamarse medidores de caudal, medidores de flujo o flujmetros.

FOTOCELDA

Una fotocelda, clula fotoconductora, o fotodetector es una resistencia, cuyo valor en ohmios vara ante las variaciones de la luz incidente. Tambin llamadas fotorresistencias o LDRs (Light Dependent Resistor, resistencia dependiente de la luz), estn construidas con un material sensible a la luz, de tal manera que cuando la luz incide sobre su superficie, el material sufre una reaccin fsica, alterando su resistencia elctrica.

Una fotocelda presenta un bajo valor de su resistencia ante la presencia de luz, y, un alto valor de resistencia ante la ausencia de luz. La fotocelda se emplea para controlar el encendido automtico del alumbrado. Tambin se utiliza ampliamente en circuitos contadores electrnicos de objetos y personas, en alarmas, etc.

Las foto celdas convierten la luz del sol en energa elctrica, esta es conducida a travs de un cableado hacia las bateras donde es almacenada hasta que se necesita, en el camino hacia las bateras la corriente pasa a travs de un controlador, el cual corta el flujo de corriente cuando las bateras estn completamente cargadas.

Para algunos aparatos la electricidad puede ser usada directamente de las bateras. A esta corriente se le llama " corriente directa " o "DC" y puede encender aparatos como las luces de los automviles, radios, televisiones porttiles, luces intermitentes, etc. Para poder operar la mayora de los aparatos que encontramos en una casa es necesaria la " corriente alterna " o " AC ". Esta la podemos producir utilizando un inversor, el cual transforma la corriente directa "DC" en corriente alterna "AC".

HUMIDISTATO (Higrmetro)

Un higrmetro es un instrumento que se usa para medir el grado de humedad del aire, del suelo, de las plantas o humedad, dando una indicacin cualitativa de la humedad ambiental.TABLERO DE TRANSFERENCIA AUTOMTICA:

El tablero de transferencia es un equipo que permite que la planta elctrica opere en forma totalmente automtica supervisando la corriente elctrica de la red comercial. Funciones de los tableros de transferencia automtica: Sensar el voltaje de alimentacin. Dar la seal de arranque a la planta cuando el voltaje falta, baja o sube de un nivel adecuado. Realizar la transferencia de la carga de la red comercial a la planta y viceversa. (Esta funcin se realiza a travs de la unidad de fuerza, que puede ser del tipo contactores o interruptores, segn la capacidad requerida). Dar la seal a la unidad de fuerza para que haga el cambio cuando se normaliza la alimentacin (retransferencia). Retardar la retransferencia para dar tiempo a la compaa suministradora de normalizar su alimentacin. Retardar la seal de paro al motor para lograr su enfriamiento. Mandar la seal de paro al motor a travs del control maestro. Mantener cargado el acumulador.

Permitir un simulacro de falla de la compaa suministradora.

AUTOMATIZACIN DE UN INVERNADERO

-CAJA NEGRA-

ALGORITMO DE CONTROLAlgoritmos ON/OFF: En este algoritmo el elemento final de control solo tiene dos posiciones, o estados de operacin. Si una seal de error es positiva, el controlador enva al elemento final de control una de sus dos posibles estados. Si por el contrario es negativa, el controlador enva el elemento final de control a la otra posicin. Este tipo de controlador es tan rpido como la velocidad de respuesta de la variable que se va a controlar, es fcil de implementar y poco costoso.Una de las desventajas de este tipo de controlador, es que en la mayora de los casos pueden ocurrir sobre correcciones, esto sucede cuando el proceso no puede responder instantneamente a los cambios de posicin de la vlvula. Cuando se estn controlando variables lentas por ejemplo, la razn de entrada de energa al proceso es mayor que la razn de prdida de energa del proceso, por lo tanto una gran cantidad de energa se inyectara al proceso antes de que la variable llegue al punto de consigna establecido. El cierre rpido del elemento final no puede revertir instantneamente esa tendencia, porque habr una energa residual acumulada en y alrededor del dispositivo

Para el control de todas las variables, se puede utilizar el control OnOff, sin embargo, la temperatura por ser una variable muy lenta (la lentitud depende del elemento final y del tamao del invernadero), es ms recomendable con control tipo PID. Sin embargo, si se utiliza un control tipo On/Off para la humedad relativa, se debe humidificar con pausas, es decir, humidificar por 40 seg, apagar el humidificador y medir, con el fin de que la variable no se vaya a elevar demasiado.ACTUADORES

CONCLUSIONESREFERENCIAS BIBLIOGRFICAS UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA. Protocolo Introduccin a la Ingenera en Electrnica. {En lnea}. {08 de Febrero de 2011} disponible en:http://campus02.unadvirtual.org/moodle/file.php/4/90022_eXe/90022_Modulo/index.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Invernadero

http://es.wikipedia.org/wiki/RTD

http://es.wikipedia.org/wiki/Fotocelda

_1367580894.vsd

CONTROL TEMPERATURA

Sensor de temperatura PT100

Panel refrigerante

Ventilador calefactor

CONTROL SISTEMA DE VENTILACIN

Sensor para medir velocidad del viento - anemmetro

Actuadores para regular la apertura y cierre de ventanas

_1367580932.vsd

CONTROL ILUMINACIN

Sensor de Iluminacin- fotocelda

Sistema de Luz artifical Bombillos fluorescentes

_1367580968.vsd

CONTROL SUMINISTRO DE ENERGIA

Transferencia automtica

Planta Elctrica

_1367581012.vsd

CONTROL TEMPERATURA

Temperatura

Humedad

Ventilacin

Iluminacin

Energa elctrica

Control de agroinsumos

Sensor de temperatura PT100

Panel refrigerante

Ventilador calefactor

CONTROL %HR

Sensor de Humedad- Humidistato

Sistema de Aspersin

CONTROL ILUMINACIN

SISTEMA DECONTROLINVERNADERO

Actuadores

Sensor de Iluminacin- fotocelda

Sistema de Luz artifical Bombillos fluorescentes

CONTROL SISTEMA DE VENTILACIN

Sensor para medir velocidad del viento - anemmetro

Actuadores para regular la apertura y cierre de ventanas

CONTROL DE RIEGO

Medidor de flujo

Vlvulas solenoides para permitir paso de lquido

CONTROL SUMINISTRO DE ENERGIA

Transferencia automtica

Planta Elctrica

INVERNADERO AUTOMTIZADO

_1367580955.vsd

CONTROL DE RIEGO

Medidor de flujo

Vlvulas solenoides para permitir paso de lquido

_1367580913.vsd

CONTROL %HR

Sensor de Humedad- Humidistato

Sistema de Aspersin

_1367580872.vsd

Temperatura

Humedad

Ventilacin

Iluminacin

Energa elctrica

Control de agroinsumos

SISTEMA DECONTROLINVERNADERO

Actuadores

INVERNADERO AUTOMTIZADO