Tesis / 0037 / I.M by MAOSABO

AMBIENTE CONTROLADO CON TELEMETRIA APLICADO AL GALPON ECO PARQUE UNIVERSITARIO PINARES

CAMILO EDUARDO JOSE PEÑA SACRISTÁN HÉCTOR DUVAN VARGAS GUZMÁN

FUNDACION UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA MECATRONICA INGENIERIA MECATROICA BOGOTA D.C 2015

AMBIENTE CONTROLADO CON TELEMETRIA APLICADO AL GALPON ECO PARQUE UNIVERSITARIO PINARES

CAMILO EDUARDO JOSE PEÑA SACRISTÁN HÉCTOR DUVAN VARGAS GUZMÁN

TRABAJO DIRIGIDO Y ESTRUCTURADO COMO REQUERIMIENTO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO MECATRONICO

INGENIERO ANDRES FELIPE SANCHEZ COORDINADOR DE INVESTIGACION DE LA FACULTAD DE INGENIERIA MECATRONICA DE LA UNIVERSIDAD AGRARIA DE COLOMBIA

FUNDACION UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA MECATRONICA INGENIERIA MECATRONICA BOGOTA D.C 2015

Nota de aceptaci贸n ___________________________________________ ___________________________________________ ___________________________________________ ___________________________________________ ___________________________________________ ___________________________________________

_______________________________ Firma del director

_______________________________ Firma del Jurado

Bogot谩 D.C. 11/06/2015 4

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a toda mi familia, especialmente a mis padres y hermanos por todo el apoyo absoluto, y a todos aquellos docentes que fueron fuente de apoyo en el desarrollo de mis objetivos personales.

HECTOR DUVAN VARGAS GUZMAN

Agradezco a todas las personas que me han brindado su amistad, en especial a mis padres y hermanos que han hecho de mí el hombre que soy ahora y sin los cuales nada de esto hubiese sido posible, también agradezco a los docentes que me acompañaron durante este proceso de crecimiento tanto académico como personal.

CAMILO EDUARDO JOSE PEÑA SACRISTAN

CONTENIDO Pág. INTRODUCCION……………………………………………………………………... 17 1. OBJETIVOS………………………………………………………………………. 18 1.1 OBJETIVO GENERAL 1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS 1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA……………………….………………. 19 2. ESTADO DEL ARTE……………………………………………………………… 21 3. MARCO TEÓRICO………………………………………………………...……... 25 3.1 FACTORES QUE SE DEBEN MANEJAR PARA EL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LA ACTIVIDAD DE GALLINAS PONEDORAS. 25 3.1.1 Infraestructura………………………………………………….......... 25 3.1.2 Control de variables ambientales……………….…………….. 26 3.2 ILUMINACIÓN……..………………………………………………….... 26 3.2.1 Definir parámetros de local……………… 27 3.2.2 Selección conjunto de lámparas – luminaria………………….. 27 3.2.3 Cavidad del local (K) y Coeficiente de utilización (CU)…. 28 3.2.4 Factor de mantenimiento (FM)……………………..…... 29 3.2.5 Flujo luminoso Total Requerido (φtot)………….….….. 31 3.2.6 Número de luminarias requeridas (N)……………..... 31 3.2.7 Flujo luminoso (φ real) e iluminancia promedio (Eprom) reales... 32 3.2.8 Diagrama de flujo para el método de las cavidades zonales… 33 3.3 TEMPERATURA…………………………………………… 34 3.3.1 Efectos de la temperatura………………………………... 34 3.3.2 Transferencia de calor……………………………………. 35 3.3.3 Sistemas de calefacción………………………….. 36 3.3.4 Perdidas de temperatura………………………………... 37 3.4 NIVEL DE AMONIACO Y HUMEDAD RELATIVA………………………..... 38 3.4.1 Concentración de amoniaco……………………………………. 38 3.4.2 Efectos de la concentración amoniaco sobre el ser humano… 38 3.4.3 Efecto de la concentración de amoniaco sobre las aves……. 38 3.4.4 Humedad Relativa……………………………………………………… 40 3.4.5 Efectos de la humedad relativa………………………………………….40 3.5 AMBIENTE CONTROLADO E INSTRUMENTACIÓN…….… 41 3.5.1 Ambiente controlado……………………………………..…. 41 3.5.2 Instrumentación………………………………............... 41 3.5.3 Sensor…………………………………………….. 42 6

3.5.4 Sensores Con Salida Analógica o Digital……............. 3.5.5 Tipos de sensor……………………………................. 3.6 ADQUISICIÓN Y CONTROL DE DATOS………….... 3.6.1 Adquisición de datos……………………................... 3.6.2 Partes de un sistema DAQ……………………….. 3.6.3 Dispositivo de adquisición de datos…………….... 3.6.4 Función de la pc en un sistema DAQ………………. 3.6.5 Tipologías de comunicación usuales………………. 3.6.5.1 Serial……………………………………………….. 3.6.5.2 USB (universal serial bus)……………………….. 3.6.5.3 Puerto paralelo………………………………….... 3.6.6 Arduino………………………………………….... 3.7 SISTEMA DE MONITOREO……………………………..… 3.7.1 Sistemas SCADA…………………………………...... 3.7.2 Software LabVIEW………………………………… 3.8 TELEMETRÍA……………………………………..... 3.8.1 OPC SERVER…………………………………… 3.8.2 TCP…………………………………………………. 3.8.3 UDP………………………………………………….... 3.9 BIOSEGURIDAD EN GRANJAS AVICOLAS……..… 3.9.1 Factores influyentes para un buen proceso de bioseguridad... 3.9.2 Pediluvios o Lava-botas Automáticos………………………..

42 43 44 44 45 45 46 46 46 46 47 47 48 48 48 49 50 50 52 52 53 54

4. METODOLOGIA……………………………………………….

5. DESARROLLO…………………………………………………………..…..... 5.1 Diagrama funcional del proyecto…………………………………….……. 5.2 Diagrama físico del proyecto…………………………………………..…… 5.3 ADQUISICION DE DATOS…………………………………..................... 5.3.1 Selección del controlador y tarjeta de adquisición………... 5.3.2 Tipos de controladores usados frecuentemente………….... 5.3.3 Comparación entre el PLC, PICmicro y Arduino…………..... 5.3.4 Tarjeta para la adquisición de datos…………................…… 5.4 ILUMINACIÓN…………………………………………......... 5.4.1 Iluminación al interior del galpón…..……... 5.4.2 Parámetros de local…………………………… 5.4.3 Selección de Luminaria……….. 5.4.4 Cavidad del local (K) y Coeficiente de utilización (CU)..…. 5.4.5 Factor de mantenimiento (FM)…………………………….. 5.4.6 Flujo luminoso Total Requerido (φtot)…………………. 5.4.7 Número de luminarias requeridas (N)…………………... 5.4.8 Flujo luminoso (φ real) e iluminancia promedio (Eprom) reales.. 5.4.9 Adaptación del panel led redondo………………. 5.4.10 Selección del sensor para iluminación………………………….

56 56 57 58 58 58 59 60 61 61 62 62 67 69 70 70 70 71 73

5.4.11 Funcionamiento del sistema sensorico de iluminación……… 75 5.5 CONCENTRACION DE AMONIACO Y HUMEDAD RELATIVA.... 75 5.5.1 Concentración de Amoniaco……………….………………..…. 76 5.5.2 Selección del sensor para la concentración de amoniaco…….…. 78 5.5.3 Sistema de persianas………………………………………….…. 79 5.5.4 Adaptación del potenciómetro al sistema…………………………….. 80 5.5.5 Funcionamiento del sistema de concentración de amoniaco……... 82 5.5.6 Selección del actuador para la concentración de amonio…….. 82 5.5.7 Adaptación del motor al sistema de control……………………. 83 5.5.8 Humedad Relativa…………………………………………………. 84 5.5.9 Selección de sensor de humedad relativa……………………….. 85 5.5.10 Funcionamiento del sistema de humedad relativa…… 85 5.6 TEMPERATURA……………………………………………………..... 86 5.6.1 Selección del calefactor…………………………………………… 88 5.6.2 Selección del sensor de temperatura……………………………. 90 5.6.3 Funcionamiento del sistema de Temperatura……….……… 90 5.7 MONITOREO CON TELEMETRIA…………………………….. 90 5.7.1 Monitoreo local………………………………………………. 91 5.7.2 Panel Frontal…………………………………………………….. 91 5.7.3 Pantalla HMI (Interfaz Humano-Maquina)…………………. 92 5.7.4 Comunicación local entre servidor y usuario………………. 93 5.7.5 Comunicación remota entre servidor y usuario……………. 94 5.7.6 Recursos hardware para la aplicación de la web…………. 95 5.7.7 Conexión directa con el servidor de la Internet………………. 95 5.7.8 Método Router Switch…………………………………………... 96 5.7.9 Configuración del Router y apertura de los puertos………….. 97 5.7.10 Configuración del software LabVIEW………………………...... 99 5.8 BIOSEGURIDAD…………………..………………………….………………...102 5.8.1 Esclusa instalada en el galpón eco parque……………………….…..102 5.8.2 Sistema de lavado de botas automático convencional.……………...104 5.8.3 Lava botas del galpón Eco Parque Pinares…………….....................104 5.8.4 Sistema de desinfección de manos………………………………….…106 6. RESULTADO Y DISCUSIÓN……………………………………………………..107 6.1 Circuito Eléctrico………...............................................................................109 7. CONCLUSIONES………………………...………………………………………..111 8. REFERENCIAS…………………………………………………...........................118

INDICE DE FIGURAS Pág. Figura 1 Cavidades del Local. ............................................................................... 28 Figura 2 Algoritmo para el diseño de instalaciones de iluminación interior ........... 33 Figura 3 Esquema basico de un sensor analogico................................................ 42 Figura 4 Esquema básico de un sensor digital ..................................................... 43 Figura 5 Esquema básico para un sistema DAQ .................................................. 45 Figura 6 Plataformas Arduino más comunes ........................................................ 48 Figura 7. Funcionamiento del protocolo TCP/IP.................................................... 51 Figura 8 Lava botas Automático con 3 cepillos ..................................................... 54 Figura 9 Metodología empleada para el desarrollo del proyecto .......................... 56 Figura 10 Diagrama funcional del Proyecto .......................................................... 57 Figura 11 Diagrama físico del proyecto ................................................................. 57 Figura 12. Diagrama de bloques del sistema de Iluminación ................................ 61 Figura 13. Tipos de Luminarias ............................................................................. 66 Figura 14. Cavidades del Galpón .......................................................................... 67 Figura 15. Fuente de alimentación para el panel LED redondo ............................ 72 Figura 16. Modificación del panel LED redondo.................................................... 73 Figura 17. Diagrama funcional del Sistema de Amoniaco y humedad relativa ..... 76 Figura 18. Niveles de apertura de persiana automática ........................................ 77 Figura 19. Potenciómetro Multivuelta .................................................................... 80 Figura 20. Sistema de engranaje para el potenciometro ....................................... 81 Figura 21. Relacion de voltaje vs Apertura de Persiana ....................................... 81 Figura 22. Motor Dooya DC120 ............................................................................ 82 Figura 23 Adaptacion del control remoto al sistema ............................................. 84 Figura 24. Diagrama funcional del Sistema de Temperatura ................................ 88 Figura 25. a) Duracarft CZ-70E,b) Calefactor Head Storm, c) Pantalla de Calefacción ............................................................................................................ 88 Figura 26 Interfaz HMI .......................................................................................... 91 Figura 27. Interfaz detallada de Iluminación ......................................................... 92 Figura 28. Interfaz HMI del Galpón Eco parque Universitario Pinares .................. 93 Figura 29. Protocolo de Comunicación Local del Sistema de Ambiente Controlado Del Eco Parque Pinares. ........................................................................................ 94 Figura 30. Protocolo de Comunicación Remota del Sistema de Ambiente Controlado Del Eco Parque Pinares ...................................................................... 94 Figura 31. Interacción entre el servidor de internet y el pc servidor. ..................... 96 9

Figura 32. Router TP-LINK modelo TT-WR741ND ............................................... 97 Figura 33. Configuración de una red controlada. .................................................. 98 Figura 34. Configuración del puerto y accesibilidad de la página web .................. 99 Figura 35. Configuración de equipos usuarios del servicio web............................ 99 Figura 36. Web Publishing Tool ( LabVIEW) ....................................................... 101 Figura 37. a) Interior de la esclusa b) exterior de la esclusa ...... 103 Figura 38. Sistema Automático de Iluminación de la esclusa ............................. 103 Figura 39. Diseño del lava botas Automático Del Galpón Eco parque Pinares ... 104 Figura 40. Lava botas Automático....................................................................... 105 Figura 41. Secuencia de uso para la limpieza y desinfección de botas .............. 106 Figura 42. Implementación final de la luminaria de panel LED Redondo ........... 107 Figura 43. Sistema de limpieza al ingresar al galpón antes de realizar el proyecto…………………………………………………………………………………108 Figura 44. Sistema de limpieza al ingresar al galpón después de realizar el proyecto ............................................................................................................... 108 Figura 45. Puntos electricos y de datos .............................................................. 110

INDICE DE TABLAS Pág. Tabla 1 Valores de FM sugeridos por la CIE ......................................................... 30 Tabla 2 Relación de temperatura y calidad de producción. ................................... 34 Tabla 3 Efecto de las altas temperaturas en el consumo de alimento................... 35 Tabla 4 Efectodel amoniaco en la salud de las aves ............................................. 39 Tabla 5 Valor límite ambiental del amoniaco ......................................................... 40 Tabla 6 Sensores comunes ................................................................................... 43 Tabla 7. Comparación entre TCP y UDP ............................................................... 52 Tabla 8 Comparacion entre PLC, PIC micro y Arduino ......................................... 59 Tabla 9 Características de la plataforma Arduino Mega 2560 ............................... 60 Tabla 10 Especificaciones técnicas del Galpón..................................................... 62 Tabla 11. Comparación de consumo en luminarias............................................... 64 Tabla 12. Características de diferentes tipos de luminarias .................................. 64 Tabla 13. Características Especificas Panel LED Redondo .................................. 67 Tabla 14. Valores de Reflectancia (aprox.) en %, para colores y texturas ............ 68 Tabla 15. Factores de Utilización recomendada por RETILAB ............................. 69 Tabla 16. Comparación entre sensores de Iluminación ......................................... 74 Tabla 17. Características Básicas del Sensor TEMT6000 .................................... 75 Tabla 18. Comparacion entre sensores de Amoniaco. .......................................... 78 Tabla 19. Caracteristicas del sensor MQ 135 ........................................................ 79 Tabla 20. Características Básicas del Potenciómetro ........................................... 80 Tabla 21. Caracteristicas Tecnicas del Motor dooya DC120 ................................. 83 Tabla 22. Tabla comparativa de sensores de humedad ........................................ 85 Tabla 23. Especificaciones Técnicas del sensor RHT03 ....................................... 86 Tabla 24. Tabla comparativa entre calefactor Duracarft CZ-700E, Calefactor Head Storm, Pantalla de Calefacción. ............................................................................. 89

LISTA DE ANEXOS Pág.

ANEXO A: DIAGRAMA DE PROCESO Y DISEÑO DE INSTRUMENTACIÓN (P&ID) GENERAL ................................................................................................ 112 ANEXO B: DIAGRAMA DE PROCESO Y DISEÑO DE INSTRUMENTACIÓN (P&ID) DEL LAVA BOTAS ................................................................................... 113 ANEXO C: INSTALACION ELECTRICA Y DE DATOS ....................................... 114 ANEXO D: CONEXION ORIGINAL DE LA CINTA DE LED ................................. 116 ANEXO E: MODIFICACION DEL CIRCUITO DE LA CINTA DE LED ................. 117

GLOSARIO

Direccion IP Pública: es una identificación numérica única e irrepetible suministrada por el proveedor de conexión a Internet. Esta dirección de IP pública es la salida a Internet del ordenador en ese momento. (HOSTINET, 2013).

LabVIEW: es una plataforma estándar en la industria de test y medida, para el desarrollo de sistemas de prueba y control de instrumentación; en el campo de la automatización industrial, para la adquisición de datos, análisis, monitorización y registro, así como para el control y monitorización de procesos; en el área de visión artificial, para el desarrollo de sistemas de inspección en producción o laboratorio. (OTIN, 2007).

MONITOREO: observación del comportamiento de uno o más parámetros para detectar anomalías, supervisar y realizar cambios para el control de un sistema. (GARCIA & SALGADO, 2012) Dicen: El monitoreo o supervisión permite la representación gráfica de datos en tiempo real a los operadores de la planta.

PEDILUVIO: término que viene del latín pedilluvium, que significa baño de pie. Se encuentran antes de entrar en diferentes lugares que requieran de una desinfección de los zapatos que pudieran estar contaminados con gérmenes. Son obligatorios para aumentar la higiene al interior del establecimiento. (KIOSKEA, 2013).

ESCLUSA: hace referencia a un pequeño espacio aislado con una puerta de entrada, cuyo objetivo es aumentar la higiene de las personas que ingresen a un establecimiento que requiera de ello, normalmente están constituidos por medio de sistemas de desinfección de botas, manos, y vestimenta. (fundeu_Real_Academia_Española, 2014).

SCADA: Supervisory Control And Data Adquisition (Supervisión, Control y Adquisición de Datos), permite controlar y supervisar procesos industriales a distancia. Facilita retroalimentación en tiempo real con los dispositivos de campo (sensores y actuadores), y controla el proceso automáticamente. Provee de toda la información que se genera en el proceso productivo (supervisión, control calidad, control de producción, almacenamiento de datos, etc.) y permite su gestión e intervención. (Academia_Comunicacion_Industrial, 2011).

CICLO CIRCADIANO: Los ritmos circadianos más fáciles de advertir son aquellos vinculados a la vigilia y el descanso y a los patrones alimenticios. “Una persona suele tener sueño o hambre siempre a un horario similar, ya que en su organismo se desencadenan diversos mecanismos por los ritmos circadianos. Si un ser humano siempre almuerza a las 12 horas, es posible que, cuando empiece a acercarse dicha hora, comience a sentir hambre”. (WordPress, 2010)

RESUMEN

En este proyecto se implementó un sistema de ambiente controlado el cual permite adecuar las condiciones ambientales del galpón Eco-parque Universitario Pinares a las condiciones de temperatura, humedad e iluminación optimas de la especie con que se esté trabajando. Este trabajo se emprendió a partir de la identificación de los efectos de la variación no controlada de las magnitudes físicas que afectaban al proceso de producción de huevos que se lleva acabo al interior del galpón: temperatura, humedad, iluminación y concentración de amoniaco. Para poder manipular estas variables, se diseñó un sistema mecánico, electrónico y de control por software, permitiendo mediante una red de sensores, la adquisición de datos en tiempo real de las mismas y el monitoreo de forma local y remota por medio de un sistema HMI (Interfaz Humano-Maquina). Para reducir la entrada de patógenos al interior del galpón, se ideó la implementación de una esclusa, que está constituida por un pediluvio, rediseñado con flujo rotativo de agua y un sistema de agua a presión, el cual con ayuda de unos cepillos realizara la limpieza superficial de la botas, con el fin de incrementar la higiene del proceso y disminuir la presencia de enfermedades en el hábitat de las gallinas.

ABSTRACT

With the following project aims to implement a controlled environment, to increase poultry farm â&#x20AC;&#x153;ECOPARQUE UNIVERSITARIO PINARESâ&#x20AC;? productivity. This project is undertaken from the identification of the variables that affect the process of egg production that takes place inside the poultry farm namely temperature, humidity, lighting and concentration of ammonia, as well as implementation of a mechanism for safety for operators to enter to the poultry farm. To manipulate these variables, we design a mechanical, electronic and software control system, allowing through a network of sensors, real-time data acquisition and the monitoring them and locally a HMI system (human Machine Interface), and remotely with Internet.

INTRODUCCION

El Sector Primario de la economía tiene un gran potencial en Colombia, debido a la diversidad en fauna y flora que posee, la cual no es aprovechada en su totalidad. Debido a esto, es fundamental invertir en el desarrollo de este sector y buscar alternativas acordes a los avances científicos y tecnológicos, que nos permitan realizar una optimización de los procesos y recursos. Uno de los campos de acción en los cuales se pueden implementar soluciones tecnológicas es en las granjas de cría y explotación de animales, siendo esta, una de las actividades económicas más importantes dentro del Sector Primario de la economía Colombiana. Mediante la implementación de un sistema de ambiente controlado al interior de las granjas de cría y explotación de animales, es posible garantizar los parámetros necesarios para que las diferentes especies alcancen el máximo nivel de producción. En este caso el sistema fue aplicado a un galpón para gallinas ponedoras, teniendo en cuenta las condiciones óptimas para cada especie de gallina que se encuentran estipuladas en los documentos para el manejo de dichas especies, y hacen referencia a las condiciones específicas de temperatura, humedad e iluminación según las características físicas de las aves de corral. Cuando las gallinas se encuentran en un ambiente controlado, en el cual no se presentan cambios bruscos en cuanto a temperatura, iluminación y humedad, se aumenta el bienestar animal y esto se traduce en un incremento en la producción y la calidad del producto final.

1. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL Desarrollar un sistema que permita manipular las condiciones ambientales el cual cuente con telemetría y una exclusa en el galpón Eco-parque Universitario Pinares de Tenjo para el proceso de producción de gallinas ponedoras, para adaptar las condiciones ambientales a las características propias de la especie, e incrementar la bioseguridad del proceso.

1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 

Monitorear y adaptar las variables de temperatura, iluminación, humedad relativa y concentración de amoniaco, para mantenerlas lo más próximo posible a las requeridas por la especie.



Instalar un sistema de limpieza y desinfección en el acceso al galpón, con el fin de incrementar la higiene del operario en un 40% en las zonas que puedan tener contacto con las aves (botas y manos)



Implementar un sistema de telemetría que permita al usuario monitorear el proceso del galpón, de forma local y remota.



Realizar un sistema HMI (Interfaz Humano-Maquina) para la medición de las variables de temperatura, humedad, iluminación y la concentración de amoniaco en el aire.

1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Los sistemas de ambientes controlados en los galpones avícolas generan un hábitat de mayor confort en el proceso de producción de las gallinas, traduciéndose esto en un beneficio para la tasa de conversión alimenticia. Desde los años 80’s las empresas avícolas empezaron a producir gallinas ponedoras con ambientes controlados, en los cuales se manipulaban las variables de temperatura, iluminación y humedad. En Latinoamérica se comenzó a implementar esta tecnología en países como Brasil y Argentina alrededor del año 2000 (Campo Argentino, 2010). En Colombia, la baja implementación tecnológica en el sector Avícola, se ve reflejada de forma negativa presentando enfermedades en el proceso de postura, como la Bronquitis infecciosa, Cólera Aviar, Coriza infecciosa, Viruela aviar, New Castle, Parasitismo, entre otros. Por lo cual, no es posible garantizar estándares de calidad altos, higiene y salubridad, tanto para las aves como para el ser humano. El Eco-parque Universitario Pinares de Tenjo es muy susceptible a variaciones en cuanto a la producción, debido a que no es posible garantizar las condiciones medio ambientales de temperatura, humedad, e iluminación óptimas para la producción, ya que el proceso depende en su totalidad del cuidado, control y criterio de los operarios encargados de su funcionamiento, haciendo que la toma de decisiones se vea influenciada por la percepción del trabajador, por ejemplo, el control del ambiente dentro del galpón se hace de forma manual, mediante el cierre y apertura de las persianas, y muchas veces con base a horarios establecidos, o de la percepción del empleado, y no a las condiciones ambientales reales que son las que directamente afectan a las gallinas. Debido a que las condiciones ambientales no se mantienen en los parámetros óptimos se genera estrés en las gallinas, y por ende disminuye el porcentaje de postura y la calidad del producto final; así que para poder conservar una producción relativamente estable, se hace necesario suplir estas condiciones con mayor supervisión por parte del operario del galpón, y aumentar la dosificación de porciones de alimento necesarias según las estadísticas de la especie, lo cual acarrea un incremento en los costos de producción y una disminución en el porcentaje de conversión alimenticia. Por otro lado, el galpón de Pinares no cuenta con la bioseguridad apropiada, debido a que el pediluvio no tiene un flujo de rotación de agua constante, que asegure la higiene de la superficie de las botas con las que entra el personal al 19

galpón, incrementándose la contaminación al interior del mismo, y la posibilidad de generación de enfermedades que afectan la salud de las gallinas e incluso la del ser humano. Otro factor a tener en cuenta es la concentración de amoniaco (NH3) al interior del galpón, el cual es un gas que se produce por la degradación bacteriana de la gallinaza, la cual contiene un nivel considerable de nitrógeno (aproximadamente 13,5 kilogramos por tonelada), que al mezclarse con las partículas de agua (H2O) que se encuentran en el ambiente afectan directamente la salud del ser humano y de las gallinas al alcanzar concentraciones mayores a las 20 ppm, creando la necesidad de tener un buen flujo de aire dentro del hábitat del galpón. Actualmente la tendencia en los procesos de la agroindustria, es implementar sistemas de transmisión de datos, que permitan llevar una mejor administración de dichos proceso. El galpón del Eco-Parque Universitario Pinares no cuenta con un método que se enfoque en la supervisión y manipulación vía remota de sus condiciones, lo cual hace necesario contar con un sistema de ésta índole, y sea posible garantizar el buen funcionamiento del mismo, además de introducir a UNIAGRARIA en la tendencia del sector agroindustrial. De acuerdo a la problemática anteriormente mencionada, surge el siguiente interrogante: ¿Es posible incrementar la calidad, sanidad y productividad del galpón de la finca Eco-parque Universitario pinares de Tenjo, mediante la implementación de un sistema que permita manipular las condiciones ambientales?

2. ESTADO DEL ARTE La industria avícola, es una de las industrias más grandes e importantes a nivel global, ya que el consumo masivo de sus derivados se da en todos los continentes, por eso surge la necesidad de implementar un sistema de automatización, para mejorar la calidad de los diferentes productos, reducir la intervención del hombre, generar un ambiente de confort en las granjas y calidad del producto final. La industria Americana, China, y Latinoamericana de producción de huevos, ha implementado en sus galpones diferentes tecnologías que mejoran la etapa de producción como lo es el caso de las empresas PROAN (México), Cal-Maine Foods (EUA) las principales productoras y exportadoras de huevo a nivel mundial, las cuales cuentan con sistemas inteligentes y automatizados (PROAN), que mejoran el ambiente en el interior de las granjas, con control de temperatura, humedad, iluminación y detección de gas (amónico), optimizando así el proceso de postura, dosificación del alimento, transporte, selección de huevos y monitorización del galpón; con el fin de tener un sistema confiable y de alta calidad. Gran parte de la actividad económica de Colombia se centra en el sector agrícola y pecuario, lo cual ha llevado a implementar tecnologías que faciliten y agilicen la producción en estos sectores. Por lo tanto el área de ingeniería ha centrado sus esfuerzos en el desarrollo de proyectos novedosos que aporten al desarrollo en este sector en específico. La Universidad Nacional de Colombia y la Universidad de Caldas están probando un sistema para simular las variables que garanticen el buen desempeño de las granjas avícolas, así como minimizar pérdidas (PEDRAZA, 2013). FENAVI (Federación Nacional de Avicultores de Colombia) como representante del sector avícola, es una de las entidades encargadas del apoyo financiero para la implementación tecnológica, supervisión de la industria de aves de postura, capacitaciones, entre otros. Esta entidad ha logrado una mejoría notable en el proceso de producción e higiene implementando sistemas de ambientes controlados los cuales garantizan el bienestar animal y del mismo modo un incremento en la calidad del producto final, prolongando tanto la vida de las aves como su curva de producción; de este modo se ha logrado beneficiar la economía Colombiana y hacer competente al sector frente a un mercado internacional. En el 2012 Martha Ruth Velásquez Quintero directora ejecutiva de la Federación Nacional De Avicultores, presento el proyecto que tiene como finalidad la creación de un centro de innovación y desarrollo tecnológico para el sector avícola, el cual trabajara en la búsqueda de mejoramiento genético, ovoproductos y alternativas 21

de mejoramiento en granjas, para la directiva de FENAVI el proyecto se inició en el 2012 y el montaje e implementación duraría hasta mediados del 2015. (VELASQUEZ, 2012) La bioseguridad es una característica que comúnmente se excluye del proceso debido al ambiente campestre en el cual se realiza la producción, en especial en los galpones artesanales, sin embargo este es un aspecto muy relevante a tener en cuenta pues permite evitar las enfermedades respiratorias y la contaminación de agentes externos al interior del galpón. La adquisición y supervisión remota de variables en tiempo real a través de medios inalámbricos, permite realizar una adecuada vigilancia y optimización en la producción y por lo tanto un manejo administrativo más efectivo. (López & Codina, 2013). Durante los últimos años se han adelantado demasiados avances relacionados con la aplicación de monitoreo remoto para supervisar los indicadores de producción de una empresa utilizando una herramienta global y de fácil acceso como lo es el internet. Algunos de los temas relacionados con el trabajo objeto de estudio, la literatura y documentación especializada refiere los siguientes: (BAUTISTA, 2010, Universidad de Papaloapan_Mexico) “TEMPERATURA AMBIENTAL Y RESTRICCIÓN ALIMENTICIA EN PARÁMETROS PRODUCTIVOS Y CARACTERÍSTICAS DEL CANAL EN POLLOS DE ENGORDA EN CLIMA CÁLIDO”. Presenta una investigación sobre diferentes variables que se deben controlar al interior de un galpón, con base en el bienestar animal para incrementar el confort de las gallinas ponedoras. Los tres factores ambientales que se deben controlar en el interior del galpón son temperatura, humedad relativa y ventilación. (BARRIOS, VELEZ, & Garcia, 2011, Instituto Universitario de Tecnolgia Industrial) “CRIADERO DE POLLOS AUTOMATIZADO” Diseñan un sistema mecánico y electrónico para la automatización de bebederos y abastecimiento de alimentos para las gallinas ponedoras, de igual forma, monitorean por medio de un sistema SCADA la variación de Temperatura y Humedad al interior del galpón. (CARDOSO MACIEL, 2000, Universidad Politecnica de Madrid) En su trabajo de tesis expone el análisis de las variables: intensidad de puesta, peso medio del huevo, masa de huevo diaria, porcentaje de huevos no comercializables, porcentaje de huevos en fárfara y distribución porcentual de los huevos producidos por clases comerciales, en los tres ciclos de puesta, así como algunas variables 22

de calidad del huevo: peso específico, espesor de la cascara, altura del albumen, y color de la yema, en el segundo y tercer ciclo de puesta. (LOPEZ & CODINA, 2013, Universidad Pontificia Bolivariana)En su trabajo “MONITOREO Y CONTROL REMOTO DE LA VARIABLE DE NIVEL EN EL MODELO DE UNA PLANTA DE PROCESOS INDUSTRIALES MEDIANTE UN ASISTENTE PERSONAL DIGITAL (PDA) A TRAVÉS DE COMUNICACIÓN INALÁMBRICA WI-FI”. Presentan el monitoreo y control de la variable nivel en una planta de mezclado de sustancias liquidas a través de sensores que emiten señales hacia el controlador, estas señales son acondicionadas visualizadas y manejadas en un computador supervisor, este control también se hace desde un dispositivo remoto que con conexión Ethernet se realiza el intercambio de datos entre estos. (DULANTO, 2010, Pontificia Universidad Catolica Del Peru) En su tesis “DISEÑO DE UN SISTEMA DE MONITOREO REMOTO DE PARÁMETROS AMBIENTALES CRÍTICOS DE LA PLANTA PILOTO DE ACUICULTURA DE LA PUCP”. El presente proyecto de tesis tiene como objetivo diseñar un sistema electrónico capaz de leer los parámetros críticos (Temperatura, PH y Nivel de agua en el tanque) que influyen en la crianza de peces tilapia en la planta piloto de recirculación instalada en la PUCP. Una vez leídos, estos pasan a ser procesados y transmitidos en paquetes de datos hacia una red de área local (LAN). El sistema de monitoreo hará la función de un servidor web, encargado de atender las solicitudes de los usuarios en la red y proporcionarles la información que requieran sobre la planta por medio de páginas web. (DAQUI, 2011, Escuela Politecnica Nacional) En su tesis “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA SOLUCIÓN DE MONITOREO REMOTO VÍA INTERNET, PARA UNA RED INALÁMBRICA DE SENSORES”. Desarrolla un sistema de monitoreo vía Web para una red inalámbrica de sensores, para cumplir con este objetivo fue necesario realizar un estudio introductorio de las redes inalámbricas de sensores, el sistema operativo TINYOS y el lenguaje NESC. (VILEMA, 2013) En su trabajo de grado “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA PARA EL MONITOREO DE PROCESOS INDUSTRIALES VÍA INTERNET. CASO PRÁCTICO: PROYECTO BRAZO TRANSPORTADOR DEL LABORATORIO DE LA EIS”. Implementan un sistema que permita monitorear el proceso industrial del hardware Brazo Transportador vía Internet, que forma parte del Laboratorio de Automatización de la Escuela de Ingeniería en Sistemas de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. 23

(NARVAEZ & ZAMBRANO, 2012, Escula Superior Politecnica de Litoral, Ecuador) En su proyecto de investigación “MONITOREO Y ADMINITRACION DE MÁQUINAS VIRTUALES A TRAVES DE ENLACES WAN”. Consiste en la implementación de un Sistemas de monitoreo y administración de máquinas virtuales a través de enlaces WAN, que una vez realizada, permitió demostrar que es posible administrar y monitorear un sistema virtual con alta disponibilidad, mediante el uso de varias herramientas propias del sistema Operativo. (BECERRA, 2013, Instituto Politecnico Nacional, Mexico) En su trabajo “AUTOMATIZACIÓN, CONTROL Y SUPERVISIÓN REMOTA DEL SISTEMA CENTRAL DE AIRE ACONDICIONADO (AGUA HELADA) PARA UN EDIFICIO”. Se plantea la implementación de un sistema de control y monitoreo remoto por medio de Internet que realice las maniobras y permita la visualización por parte de la Empresa encargada de la operación del equipo, para obtener el óptimo funcionamiento de los equipos de aire acondicionado del Edificio del Bingo Caribe para el confort de las personas que lo utilizan.

3. MARCO TEORICO Para poder realizar una buena ejecución de este proyecto, fue necesario conocer diferentes conceptos que se emplean cotidianamente en el ámbito de la producción de huevos, con el fin de entender ampliamente el proceso técnico que implica esta actividad y así obtener el máximo provecho de la actividad que se lleva a cabo en el galpón del eco parque universitario pinares.

3.1. FACTORES A TENER EN CUENTA PARA EL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LA ACTIVIDAD DE GALLINAS PONEDORAS         

Eliminar las corrientes de aire que impacten directamente a las gallinas Buena calidad del alimento. Evitar presencia de enfermedades. Mantener una temperatura adecuada según sea la línea de ponedoras. Disminuir humedad relativa dentro del galpón. Llevar registros de postura total al día. Control de iluminación al interior del galpón. Mantener Nidales en el mejor estado posible. Suministro adecuado de calcio.

(INGENIERIA AGRICOLA POR COLOMBIA, 2001)

3.1.1.

INFRAESTRUCTURA

El tipo y calidad de estructura de un galpón, depende de las condiciones climáticas del lugar en el cual se edifique, conjuntamente con la finalidad de la explotación y los medios económicos con que se cuente. Todo galpón debe ser construido en lugares secos, terrenos bien drenados, y preferiblemente en sitios donde el sol penetre en el galpón varias horas durante el día y esté protegido de fuertes corrientes de viento. Para garantizar el buen funcionamiento de esta actividad es necesario que los galpones tengan amplios aleros, especialmente en zonas húmedas; buena ventilación, acondicionamiento para los bebederos, comederos, nidos, luz eléctrica, fuente permanente de agua potable y una buena cubierta de piso.

3.1.2.

CONTROL DE VARIABLES AMBIENTALES

Las variables ambientales que afectan la calidad de vida y el proceso de postura de las gallinas, son la temperatura, la humedad, la iluminación y la concentración de amoniaco; está comprobado que en un ambiente en el cual se garantice un nivel de iluminación estable y temperatura cálida y constate, la calidad del producto se incrementa. Por otra parte la humedad en la cama, la cual es producto de pérdidas en los bebederos, y la descomposición de los desechos de las gallinas producen gas de amonio, también llamado amoniaco (NH3), la presencia de este gas en altas concentraciones tiene efectos perjudiciales tanto en la salud de las gallinas como en la del operario al estar expuesto por prolongados periodos de tiempo, este fenómeno se incrementa en niveles elevados de humedad relativa, por lo que se hace necesario mantener estas concentraciones en parámetros admisibles, por lo cual se debe garantizar el flujo de aire para que limpie el ambiente cuando estos niveles se incrementen. (INSUMOS Y FACTORES ASOCIADOS A LA PRODUCCION AGROPECUARIA, 2013)

3.2. ILUMINACIÓN El propósito de establecer un programa de iluminación consiste en lograr la máxima tasa de producción de huevos y el óptimo tamaño de los mismos; para lograr estos propósitos se deben seguir las siguientes reglas básicas:     

No modificar el ciclo circadiano de las gallinas No modificar los ciclos de postura. El estímulo de luz debe programarse para iniciar la producción con el peso corporal, desarrollo y condición correctos. Proveer a las aves 17 horas luz (natural + artificial). El programa debe comenzar a las 18 semanas de edad.

(AGRONEGOCIOS, 2008) La intensidad de luz artificial debe tener la misma luminosidad que la luz diurna. Por esta razón la intensidad lumínica del alumbrado artificial debe tener 6 W/ m² o 50- 60 lux. (AGRICULTURA NACIONAL, 2005)

DISEÑO DE ILUMINACION INTERIOR Para tener una buena distribución de iluminación artificial al interior del galpón, es conveniente calcular el número de lámparas requeridas para un área en específico: La metodología empleada en el diseño de un sistema de iluminación interior está definida por el Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público RETILAP - como el método de las cavidades zonales, el cual consiste en lo siguiente, para un local dado se consideran tres cavidades, las cuales tienen como límites intermedios planos imaginarios situados uno a la altura del plano de trabajo y otro a la altura de montaje de las luminarias. Las cavidades así delimitadas reciben las denominaciones de cavidad de techo, cavidad del local y cavidad del piso (RETILAP). Utilizando esta metodología se debe lograr determinar la luminancia promedio que se requiere para que el diseño sea calificado eficiente. Iluminancia promedio (Emedio) [lx]: Es el objetivo principal de diseño, el cual consiste, como lo indica su nombre, en el nivel de iluminación promedio que se debe garantizar en toda el área a iluminar. Para realizar el diseño de una instalación de iluminación se debe tener en cuenta los siguientes aspectos. 3.2.1 Definir parámetros de local Estos parámetros hacen referencia a las dimensiones geométricas de local, su forma específica (local redondo, cuadrado etc.), colores, texturas y reflectancias efectivas. 3.2.2 Selección conjunto de lámparas – luminarias En este paso se debe seleccionar el tipo de lámpara y luminaria que se usará, teniendo en cuenta el tipo de proyecto a realizar e iluminación requerida. Al seleccionar este conjunto se deben también especificar sus características fotométricas principales:    

Flujo luminoso [lm] Potencia eléctrica [W] Eficacia [lm/W] Tabla de coeficientes de utilización. 27

3.2.3 Cavidad del local (K) y Coeficiente de Utilizacion (CU) La cavidad del local es muy importante, pues permite determinar mรกs adelante el coeficiente de utilizaciรณn (CU) para cada tipo de luminaria seleccionada de acuerdo a las hojas de datos entregadas por los fabricantes; Se debe tener en cuenta la estructura y distribuciรณn al interior del local como se aprecia en la Figura 1.

Figura 1 Cavidades del Local.

Fuente. (RODRIGUEZ, 2012)

Con base en la distribuciรณn es posible calcular la altura de la cavidad del local mediante la siguiente expresiรณn.

Donde: hm: Altura de la cavidad del local [m] h: Altura del local [m] PT: Plano de trabajo [m] PML: Plano de montaje de luminarias [m].

(1)

Luego de calcular la altura de la cavidad del local es posible calcular el índice de la cavidad local, utilizando la siguiente expresión.

5∗

∗ ∗

Donde hm: es la distancia que hay entre el plano o la altura de trabajo y la altura de montaje de la luminaria. l: corresponden a la longitud del local respectivamente a: al ancho del local . K o RCL: hacen referencia al índice de la cavidad del local. El coeficiente de utilización es la relación entre el flujo luminoso que cae en el plano de trabajo y el flujo luminoso suministrado por la luminaria. Este coeficiente representa la cantidad de flujo luminoso efectivamente aprovechado en el plano de trabajo después de interactuar con las luminarias y las superficies dentro de un local (RETILAP). El CU se determina por una interpolación de datos de la tabla entregada por el fabricante, los datos a tener en cuenta para la interpolación son las reflectancias efectivas de las superficies y el índice K. Estas tablas normalmente se construyen sin tener en cuenta la reflectancia del piso porque es la menos influyente en la iluminancia promedio, así que la mayoría de éstas se construyen para un valor fijo de reflectancia de piso.

3.2.4 FACTOR DE MANTENIMIENTO (FM) Es la relación de la iluminancia promedio en el plano de trabajo después de un periodo determinado de uso de una instalación, y la iluminancia promedio obtenida al empezar a funcionar la misma como nueva (RETILAP). Todo diseño de un sistema de iluminación debe considerar el factor de mantenimiento con el fin de asegurar los niveles de iluminancia promedio establecidos por el RETILAP. El FM está dado por la siguiente expresión:

∗

Dónde: FM: Factor de mantenimiento FE: Depreciación de la luminaria por suciedad DLB: Depreciación por disminución del flujo luminoso de la bombilla Fb: Factor de balasto. Para facilitar el proceso se puede también escoger el FM de una de las tablas otorgadas por la CIE (por sus siglas en español “Comisión Internacional de Iluminación”), en las cuales basta con especificar la frecuencia con la que se le realizará mantenimiento a la instalación de iluminación, el tipo de luminaria y finalmente las condiciones medioambientales a las que será sometido el sistema de iluminación, el valor puede ser tomado de la Tabla 1.

Tabla 1 Valores de FM sugeridos por la CIE

Fuente. (CIE) Donde: P: Pure - Puro o muy limpio C: Clean - Limpio N: Normal D: Dirty - Sucio.

3.2.5 FLUJO LUMINOSO TOTAL REQUERIDO (ΦTOT) Este valor indica cual es el flujo luminoso total requerido para producir la iluminancia media (E medio) previamente especificada. El flujo total viene dado por la siguiente expresión: ∗

∗

Donde Φtot: Flujo luminoso total requerido [lm] E medio: Iluminancia media requerida [lx] A: Área del local [m2] CU: Coeficiente de utilización FM: Factor de mantenimiento. 3.2.6 NÚMERO DE LUMINARIAS REQUERIDAS (N) Habiendo determinado el flujo luminoso total requerido para producir la iluminancia media requerida y conociendo el flujo luminoso emitido por cada lámpara, el número de luminarias requeridas se calcula mediante la siguiente expresión:

∗

Donde: φtot: Flujo luminoso total requerido[lm] N: Numero de luminarias requeridas n: Número de bombillas por luminaria φl: Flujo luminoso por bombilla [lm]. Después de calcular N, se deberá escoger el número de luminarias a utilizar lo más aproximado a N y en caso de presentarse dos o más opciones se deberán evaluar todas y elegir la más conveniente.

3.2.7 FLUJO LUMINOSO (Φ REAL) E ILUMINANCIA PROMEDIO (EPROM) REALES Después de determinar el número de luminarias a utilizar se deberá calcular el flujo luminoso real emitido por éstas

∗

Donde: φ real: Flujo luminoso real emitido [lm] N: Numero de luminarias requeridas n: Número de bombillas por luminaria φL: Flujo luminoso por bombilla [lm]. Teniendo ya calculado φ real se debe calcular la iluminancia promedio que se obtendrá con este valor. La iluminancia promedio está determinada por la siguiente expresión:

∗

Donde: φ real: Flujo luminoso real emitido por el número de luminarias (lm) CU: Coeficiente o factor de utilización FM: Factor de mantenimiento A: Área del local

3.2.8 DIAGRAMA DE FLUJO PARA EL MÉTODO DE LAS CAVIDADES ZONALES El procedimiento para diseñar instalaciones de iluminación interior se puede resumir en el diagrama de flujo mostrado en la Figura 2.

Figura 2 Algoritmo para el diseño de instalaciones de iluminación interior

Fuente. (RODRIGUEZ, 2012)

3.3 TEMPERATURA El organismo de las aves es tan sensible al medioambiente como el del ser humano, en consecuencia, resulta indispensable conocer cómo afecta a los animales para poder controlarlo y que no cree problemas de producción; si no se interviene provoca la aparición de enfermedades que disminuyen el ritmo de producción normal de la granja. 3.3.1 EFECTOS DE LA TEMPERATURA La variación de temperatura al interior de un galpón especialmente si está enfocado al proceso de postura es un factor determinante para la producción del mismo, debido a que el ave no tiene la capacidad de eliminar el calor sobrante, que toma su cuerpo del ambiente, y la única forma en la que puede reaccionar es evitando producir ella misma más temperatura, por lo cual procede a reducir el consumo de alimento, este fenómeno se conoce como Stress Térmico; este comportamiento genera en la gallina un cierto alivio ante las altas temperaturas, pero repercute de manera directa en la cantidad de energía metabolizable con la que cuenta la gallina, provocando una caída en el peso corporal, en la puesta y en el huevo, ver Tabla 2.

Tabla 2 Relación de temperatura y calidad de producción.

CMD: Consumo Medio Diario Fuente. CEVA SANTE ANIMALE- Encuentro técnico avicultura puesta. Mayo 2006 El efecto que genera el Stress Térmico, es decir, la reducción del consumo de alimento, se reduce si la temperatura es cíclica, pero sufre un incremento al aumentar y mantenerse la temperatura, pues en cuanto mayor es esta, menor es la ingesta de alimento por parte del ave, este descenso en términos del tamaño del huevo es de 0,4g/°C por encima de los 25°C como se aprecia en la Tabla 3. 34

Tabla 3 Efecto de las altas temperaturas en el consumo de alimento

Fuente. CEVA SANTE ANIMALE- Encuentro técnico avicultura puesta. Mayo 2006

El efecto de las altas temperaturas en el huevo, que es el producto final del proceso de postura y por ende el directo responsable de las utilidades del galpón, es un decremento en la calidad, en parte por la falta de calcio, principalmente debido a la reducción en la ingesta de alimento, pero también a causa de los choques térmicos. El Stress Térmico provoca jadeo y alcalosis respiratoria. La frecuencia respiratoria elevada disminuye el contenido de CO2 en la sangre elevando el pH sanguíneo, y a la vez se pierde más agua corporal. El riñón elimina bicarbonato para restaurar el pH normal. Una producción de lactato más alta durante el jadeo hace que también se elimine más bicarbonato. Durante el stress térmico la glándula parótida incrementa su tamaño, la concentración de calbindín aumenta en el intestino y bajan las reservas medulares del hueso. Este es el mismo proceso que se produce cuando hay una deficiencia en calcio. Al haber concentraciones bajas de calcio y bicarbonato se limita el intercambio iónico en el útero, asimismo la actividad de la anhidrasa carbónica y el flujo sanguíneo están disminuidas, lo que contribuye a reducir la disposición de materiales en la cáscara. (CEVA SANTE ANIMALE- Encuentro técnico avicultura puesta. Mayo 2006). 3.3.2 TRANSFERENCIA DE CALOR El fenómeno de transferencia de calor se puede dar de tres formas, por conducción, por convección o por radiación:  La Conducción hace referencia a la transferencia de calor que se produce al interior de uno o varios compuestos sólidos. 35

 La convección es la que se produce cuando la transferencia de calor se lleva a cabo entre un compuesto sólido y el medio que lo rodea, ya sea agua, aire, aceite, etc.  La Radiación se basa en el mismo principio de la convección, pero en este caso no es necesario un medio para realizar la transferencia, esta puede realizarse en el vacío, además todos los fenómenos de transferencia de calor tienen un componente de radiación, pero solo fácilmente perceptible en altas temperaturas.

3.3.3 SISTEMAS DE CALEFACCION Existen en el mercado diferentes tipos de sistemas de calefacción dependiendo el lugar en el que se va a utilizar, la capacidad, la aplicación específica, etc. pero en especial es muy importante definir el tipo de transferencia de calor que necesita para determinada aplicación, cada uno tiene ciertas características, pero la principal diferencia está dada por el concepto mismo. Los sistemas de calefacción por convección tienden a calentar el medio que los rodea, es decir que calientan el aire a su alrededor y no al objeto que se desea calentar directamente, luego de que el medio alcance un nivel de temperatura es este quien realiza la transferencia de calor directa con el objeto, haciendo que este sistema sea más lento a la hora de calentar objetos específicos, por otro lado para obtener el mayor provecho de este sistema se debe trabajar en un sistema cerrado, en el cual no se presenten fugas grandes del medio, pues de este modo al calentarse tendera a subir y a salir del ambiente, mientras que si está en un área cerrada, el medio se calentara y subirá, permaneciendo allí hasta que pierda temperatura y vuelva a bajar formando un ciclo. Una opción para obtener más provecho de los calefactores por convección es realizando una convección forzada, la cual consisten en impulsar el aire mediante algún dispositivo (ventilador), para que se mantenga un flujo constante de forma más rápida y continua. Por otro lado la ventaja de los calefactores por radiación, es que calientan directamente los objetos y no deben esperar a que todo el ambiente se caliente, teniendo una respuesta mucho más rápida que los calefactores por convección, además son viables tanto en ambientes cerrados como en ambientes abiertos, 36

debido a que no dependen del medio, aunque en ambientes cerrados llegan a lograr calentar el medio indirectamente, mediante la transferencia de calor de los objetos con el medio. Otra diferencia fundamental y que puede llegar a ser decisiva al momento de seleccionar un sistema u otro, es el costo, pues los sistemas de radiación tienen un costo muchísimo mayor que los sistemas por convección y suelen ser diseñador para aplicaciones a gran escala.

3.3.4 PERDIDAS DE TEMPERATURA Para poder determinar las características específicas del sistema de calefacción que se necesita, es necesario determinar cuanta energía se requiere y del mismo modo cuanta energía necesitamos que nos entregue el sistema, para esto se debe tener en cuenta las pérdidas de temperatura que se puedan presentar en el área en el que se va a trabajar, si es un ambiente abierto, cerrado, con corrientes de aire fuertes, etc. Mediante la siguiente expresión podemos determinar el flujo de calor a través una pared plana

Donde: Q: Flujo de Calor [w] K: Conductividad térmica del material [(w/m) ° ] A: Área de incidencia de la temperatura [ ] L: Espesor de la pared [m] TM: Temperatura mayor [°K] Tm: Temperatura menor [°K] Teniendo el conocimiento de las pérdidas que se presentaran en el área se debe elegir un sistema de calefacción que supere este nivel y esta energía que no fluye a través de las paredes será la que permanezca en el área, siempre y cuando se mantenga la fuente de energía, de lo contrario con el tiempo también se disipara en las paredes. 37

3.4 NIVEL DE AMONIACO Y HUMEDAD RELATIVA El manejo efectivo de la cama es uno de los aspectos más críticos en la producción avícola. Una cama de mala calidad tiene un efecto negativo significante sobre la salud y el desempeño de las aves. 3.4.1 CONCENTRACIÓN DE AMONIACO El amoniaco (NH3) es un gas que se produce por la degradación bacteriana de los desechos de las gallinas. El alto nivel de nitrógeno de esta degradación al mezclarse con las partículas de agua (H2O) presentes en el ambiente, afecta directamente la producción, aumenta la incidencia de pododermatitis e incrementa el número de agentes patogénicos incluyendo bacterias, virus, coccidias, helmintos intestinales y hongos, además son perjudiciales para la salud del ser humano y de las gallinas en concentraciones mayores a las 20 ppm. (AVIAGEN). 3.4.2 EFECTOS DE LA CONCENTRACIÓN AMONIACO SOBRE EL SER HUMANO Aire: la inhalación de concentración de amoniaco puede causar tos e irritación en la nariz y garganta, dependiendo de la concentración a la que se está expuesto, la cantidad de tiempo y la forma de exposición, se pueden producir daños a los pulmones e incluso la muerte. (MERCHAN, 2013) Piel: cuando el amoniaco tiene una alta concentración en el ambiente, puede causar irritaciones y quemaduras superficiales en la piel. (MERCHAN, 2013) Ingestión: es la menos frecuente debido a que el estado natural del compuesto en condiciones atmosféricas normales es gaseoso. En caso de producirse puede destruir la mucosa gástrica, llegando incluso a provocar la muerte. 3.4.3 EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN DE AMONIACO SOBRE LAS AVES El amoniaco concentrado en el ambiente del galpón de ponedoras, es inhalado por la parte superior de las vías respiratorias a través de las membranas mucosas, y su presencia altera los mecanismos de defensa de los animales haciendo más vulnerable al ave a enfermedades como se puede ver en la Tabla 4. Cuando las concentraciones se elevan de 50 a 100ppm producen querato conjuntivitis (ceguera), daño ocular, sensibilidad a la luz, disminución de consumo de alimento y congestión pulmonar. Es por ello que se hace necesario aplicar 38

sistemas que permitan la ventilación de este gas dentro del galpón, la reducción de la humedad en las camas con adición de sustancias minerales para su absorción o estimulación digestiva de las aves para mayor aprovechamiento proteico. (MERCHAN, 2013) La concentración de este gas en los galpones, es un precursor de la baja producción del lote de ponedoras, pues la alta concentración en el ambiente afecta directamente a la salud de las aves y por ende en la producción del lote. (MERCHAN, 2013)

Tabla 4 Efectodel amoniaco en la salud de las aves

Fuente. MACTERZICH, Poultry house litter management in the U.S, 1999. En los galpones de aves ponedoras se ha determinado que el índice de conversión alimenticia puede verse afectado adversamente por niveles de amoniaco de 20 a 25ppm, como se demuestra en la Tabla 5, de modo que las aves expuestas a concentraciones de amoniaco mayores a 25ppm experimentan pérdida de peso. Las principales causas para la elevación en la concentración del amoniaco son la falta de ventilación, climas cálidos y húmedos, siendo esta la 39

ultima la más importante causa de la transformación del nitrógeno ureal en nitrógeno amoniacal. (MERCHAN, 2013). Tabla 5 Valor límite ambiental del amoniaco

VLA-ED Valor límite ambiental a exposición diaria (8 horas) VLA-EC Valor límite ambiental a exposición corta (15 minutos) Fuente. INSTITUTO NACIONAL DE SEGURIDAD E HIGIENE EN EL TRABAJO, Límites de Exposición Profesional Para Agentes Químicos en España, 2012. 3.4.4 HUMEDAD RELATIVA En el galpón avícola, lo que importa no es simplemente el número de litros de agua presentes en el aire, sino qué tan cerca está el aire de retener toda el agua que pueda, en otras palabras, de estar saturado con vapor de agua. La idea de “qué tan cerca está el aire de la saturación”, indicada en términos porcentuales, es lo que significa el término humedad relativa. Si el aire está reteniendo la mitad de su máxima capacidad de vapor de agua, entonces la humedad relativa será del 50%. Si el aire está reteniendo tres cuartas partes de su capacidad, se trata de una humedad relativa del 75%. Cuando el aire está totalmente saturado con vapor de agua, o sea que está reteniendo toda el agua que puede, esto significa una humedad relativa del 100%. La humedad relativa máxima que generalmente es permitida en galpones está ubicada entre el 60% y el 70%. (AGRICULTURA NACIONAL, 2005)

3.4.5 EFECTOS DE LA HUMEDAD RELATIVA Los niveles superiores al 70% de humedad relativa al interior de un galpón, incrementan la generación de amoniaco debido a que se incrementa la cantidad de agua en el aire y por ende la reacción con la gallinaza se realizara más rápidamente.

Por otra parte al incrementarse la humedad relativa, también se incrementa la cantidad de agua en la cama, lo cual contribuye a la generación de hongos y la proliferación de larvas de moscas, además de incrementarse el riesgo de contaminación bacteriana.

3.5 AMBIENTE CONTROLADO E INSTRUMENTACION Con la implementación de un sistema de ambiente controlado en un galpón, se pueden garantizar las condiciones ambientales óptimas para la especie, lo que se traduce, en un incremento en el confort de las aves y una mejoría en el proceso de postura, a su vez aumentando la calidad del producto final. (AGRICULTURA NACIONAL, 2005)

3.5.1 AMBIENTE CONTROLADO Un ambiente controlado es un entorno en el cual los parámetros ambientales, tales como iluminación, temperatura, humedad relativa y, algunas veces presión parcial de los gases (e incluso su composición), están completamente controlados. (Profepa, 2013) Las granjas de cría y explotación de animales son unos de los campos de acción en los cuales se pueden implementar este tipo soluciones tecnológicas, siendo esta, una de las actividades económicas más importantes dentro del Sector Primario de la economía Colombiana. Para realizar un ambiente controlado en cualquier espacio es necesario contar con una red de sensores, los cuales tomaran las magnitudes de las variables físicas permitiendo saber, generalmente por medio de señales eléctricas, cómo se comportan las variables físicas en el medio ambiente.

3.5.2 INSTRUMENTACIÓN La creciente automatización de los complejos sistemas de producción requieren de componentes capaces de adquirir y transmitir información relacionada con el proceso. Los sensores deben cumplen estos requerimientos y de ahí la importancia de estos en la medición y control de bucle cerrado y abierto. (ALVAREZ, 2011) 41

Las variables de todo proceso pueden ser variables físicas, como la temperatura, presión, fuerza, longitud, ángulo de giro, nivel, caudal, etc. Y existen sensores para cada una de estas magnitudes.

3.5.3 Sensor Es un transductor, capaz de convertir una variable física o de instrumentación en una más cómoda de evaluar, generalmente en una señal eléctrica, no todos los sensores emiten señales eléctricas, ya que cuentan con un mecanismo diferente como son los termómetros, finales de carrera, entre otros. La mayoría de los sensores trabajan basándose en uno de los siguientes principios físicos: >Impedancia > Inductancia > Inducción > Resistividad

> Resistencia > Piezoelectricidad > Fotovoltaico > Termoelectricidad

3.5.4 Sensores Con Salida Analógica o Digital. Analógica: un sensor analógico es aquel que, como salida, emite una señal comprendida por un campo de valores instantáneos que varían en el tiempo (ver Figura 3), y son proporcionales a los efectos que se están midiendo en la magnitud mensurada; por ejemplo un termopar, es un transductor formado por la unión de dos metales distintos que produce una diferencia de potencial muy pequeña (del orden de los milivoltios) que es función de la diferencia de temperatura entre dos puntos, son usados como sensores de temperatura.

Figura 3 Esquema basico de un sensor analogico

Fuente. (CHAVES, 2008) 42

Digital: Un sensor digital es un dispositivo que puede adoptar únicamente dos valores de salida encendido o apagado (ver Figura 4) o 1 - 0, los estados de un sensor digital son absolutos y únicos, y se usan donde se desea verificar estados de "verdad" o "negación" en un sistema automatizado.

Figura 4 Esquema básico de un sensor digital

Fuente. (CHAVES, 2008)

3.5.5 TIPOS DE SENSOR En la Tabla 6 se indican algunos tipos de sensores. Tabla 6 Sensores comunes Magnitud Temperatura

Sensores de presencia

Sensores táctiles Visión artificial Sensor de proximidad

Sensor de luz

Transductor Termopar RTD Termistor NTC Termistor PTC Bimetal - Termostato Inductivos Capacitivos Ópticos Matriz de contactos Piel artificial Cámaras de video Cámaras CCD o CMOS Sensor final de carrera Sensor capacitivo Sensor inductivo Sensor fotoeléctrico fotodiodo Fotorresistencia Fototransistor Célula fotoeléctrica

Característica Analógica Analógica Analógica Analógica I/0 I/0 I/0 I/0 y Analógica I/0 Analógica Procesamiento digital Procesamiento digital Analógica Analógica Analógica Analógica Analógica Analógica Analógica

Posición lineal y angular

Desplazamiento y deformación

Velocidad lineal y angular

Aceleración Fuerza y par (deformación) Presión

Caudal

Potenciómetro Encoder Sensor Hall Transformador diferencial de variación lineal Galga Extensiométrica Magnetoestrictivos Magneto resistivos LVDT Dinamo Tacométrica Encoder Detector inductivo Servo-inclinómetros RVDT Giróscopo Acelerómetro Servo-acelerómetros Galga extensiométrica Triaxiales Membranas Piezoeléctricos Manómetros Digitales Turbina Magnético

Analógica Digital Digital Analógica Analógica A/D Analógica Analógica Analógica Digital Digital A/D Analógica Analógico Analógico A/D Analógica Analógica Digital Analógica Analógica

Fuente. (CHAVES, 2008) 3.6 ADQUISICION Y CONTROL DE DATOS La adquisición y control de datos permite comunicar los elementos de medición del proceso con un sistema informático, con el objetivo de monitorizar y controlar los procesos industriales en tiempo real. (SINAIS, 2011) 3.6.1 ADQUISICIÓN DE DATOS Consiste en la toma de muestras del mundo real (sistema analógico) para generar datos que puedan ser manipulados por un ordenador u otros sistemas electrónicos (sistema digital). Este sistema consiste en tomar un conjunto de señales físicas, convertirlas en tensiones eléctricas y digitalizarlas de manera que se puedan procesar en una computadora. Se requiere una etapa de acondicionamiento, que adecua la señal a niveles compatibles con el elemento que hace la transformación a señal digital. El elemento que hace dicha transformación es el módulo de digitalización o tarjeta de Adquisición de Datos (DAQ) (NATIONAL_INSTRUMENTS, 2012).

3.6.2 PARTES DE UN SISTEMA DAQ Un sistema DAQ se compone básicamente de tres elementos (ver Figura 5), los sensores que son quienes captan las señales físicas del mundo real, el dispositivo DAQ que es el encargado de adaptar las señales para que estas puedan ser recibidas por el controlador o PC, y por último el controlador o PC que es quien toma las señales y realiza las operaciones respectivas según lo requiera el proceso.

Figura 5 Esquema básico para un sistema DAQ

Fuente. (NATIONAL_INSTRUMENTS, 2012)

3.6.3 DISPOSITVO DE ADQUISICION DE DATOS El hardware DAQ actúa como la interfaz entre una PC y señales del mundo exterior. Funciona principalmente como un dispositivo que digitaliza señales analógicas entrantes para que una PC pueda interpretarlas. Los tres componentes clave de un dispositivo DAQ usado para medir una señal son el circuito de acondicionamiento de señales, convertidor analógico-digital (ADC) y un bus de PC. Varios dispositivos DAQ incluyen otras funciones para automatizar sistemas de medidas y procesos. Por ejemplo, los convertidores digitales-analógicos (DAC’s)

envían señales analógicas, las líneas de E/S digital reciben y envían señales digitales y los contadores/temporizadores cuentan y generan pulsos digitales. (NATIONAL_INSTRUMENTS, 2012)

3.6.4 FUNCIÓN DE LA PC EN UN SISTEMA DAQ. Una PC con software programable controla la operación del dispositivo DAQ y es usada para procesar, visualizar y almacenar datos de medida. Diferentes tipos de PC’s son usadas en diferentes tipos de aplicaciones. Una PC de escritorio se puede utilizar en un laboratorio por su poder de procesamiento, una laptop se puede utilizar por su portabilidad o una PC industrial se puede utilizar en una planta de producción por su robustez. (NATIONAL_INSTRUMENTS, 2012). 3.6.5 TIPOLOGÍAS DE COMUNICACIÓN USUALES Existen variedad de estándares para realizar un sistema de comunicación entre dispositivos, los cuales facilitan este tipo de tareas al contar con características predeterminadas y hacer que los dispositivos se diseñen para ser compatibles con alguno de los estándares existentes. 3.6.5.1

SERIAL

La comunicación serial es un protocolo muy común (no hay que confundirlo con el Bus Serial de Comunicación, o USB) para comunicación entre dispositivos que se incluye de manera estándar en prácticamente cualquier computadora. La mayoría de las computadoras incluyen dos puertos seriales RS-232. La comunicación serial es también un protocolo común utilizado por varios dispositivos para instrumentación; existen varios dispositivos compatibles con GPIB (General Purpose Instrumentation Bus) que incluyen un puerto RS-232. Además, la comunicación serial puede ser utilizada para adquisición de datos si se usa en conjunto con un dispositivo remoto de muestreo. (NATIONAL_INSTRUMENTS, 2012)

3.6.5.2

USB (UNIVERSAL SERIAL BUS).

Es un bus punto a punto: dado que el lugar de partida es el host (PC o hub), el destino es un periférico u otro hub. No hay más que un único host (PC) en una arquitectura USB. Los PC estándar tienen dos tomas USB, lo que implica que, para permitir más de dos periférico simultáneamente, es necesario un hub. Algunos periféricos incluyen un hub integrado, por ejemplo, el teclado USB, al que se le puede conectar un Mouse USB. Este bus permite la conexión y la desconexión en cualquier momento sin necesidad de apagar el equipo. (LOPEZ, 2010)

3.6.5.3

PUERTO PARALELO.

Es una interfaz entre un computador y un periférico, cuya principal característica es que los bits de datos viajan juntos, enviando un paquete de byte a la vez. Es decir, se implementa un cable o una vía física para cada bit de datos formando un bus. Mediante el puerto paralelo podemos controlar también periféricos como focos, motores entre otros dispositivos, adecuados para automatización. (LOPEZ, 2010)

3.6.6 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. El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y puertos de entrada/salida. Los microcontroladores más usados son el Atmega328 (Figura 6, a), Atmega1280 (Figura 6, b), Atmega168 (Figura 6, c), 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. (ARDUINO, 2010)

Esta plataforma tiene como ventaja el poder adaptarla como una tarjeta de adquisición de datos (DAQ), ya que cuenta con múltiples entradas analógicas y digitales, también posee la característica de tener un puerto de comunicación serial acondicionado para comunicación USB, lo cual facilita la información recibida y transferida con un ordenador. Este hardware tiene la posibilidad de trabajar con frecuencias de reloj de 8MHz hasta 84MHz dependiendo el modelo que se esté manejando.

Figura 6 Plataformas Arduino más comunes a) Arduino Uno

b) Arduino Mega 2560

c) Arduino Nano

Fuente. (ARDUINO, 2010)

3.7 SISTEMA DE MONITOREO Los sistemas de monitoreo permiten al usuario tener visualización en tiempo real del comportamientos de las variables que se están manipulando en el área de producción.

3.7.1 SISTEMAS SCADA-Supervisory Control And Data Adquisition (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) SCADA permite controlar y supervisar procesos industriales a distancia. Facilita retroalimentación en tiempo real con los dispositivos de campo (sensores y actuadores), y controla el proceso automáticamente. Provee de toda la información que se genera en el proceso productivo (supervisión, control calidad, control de producción, almacenamiento de datos, etc.) y permite su gestión e intervención.

3.7.2 SOFTWARE LABVIEW “Es un lenguaje de programación gráfico para el diseño de sistemas de adquisición de datos, instrumentación y control. LabVIEW permite diseñar interfaces de usuario mediante una consola interactivo basado en software. Se puede diseñar especificando su sistema funcional, su diagrama de bloques o una notación de diseño de ingeniería. LabVIEW es a la vez compatible con herramientas de desarrollo similares y puede trabajar con programas de otra área de aplicación, como por ejemplo Matlab. Tiene la ventaja de que permite una fácil integración con hardware, específicamente con tarjetas de medición, adquisición y procesamiento de datos (incluyendo adquisición de imágenes)” (RONCANCIO & CIFUENTES, 2001) LabVIEW® es capaz de interactuar con otros dispositivos hardware; además su implementación en un proceso puede ser realizada con archivos ejecutables, a través del generador de aplicaciones de LabVIEW® que solo requiere de la instalación al pc del RUN-TIME ENVIRONMENT proporcionado por la compañía NATIONAL INSTRUMENTS para la ejecución de sus archivos. Algunas de las ventajas de trabajar con este software son: •

Interactúa fácilmente con otros programas como Simulink, Matlab, Excel

•

Es capaz de efectuar programas en tiempo real.

•

Acepta protocolo de comunicación serial con DAQ’s

• “Es un programa que contiene librerías especializadas para manejos de DAQ (tarjetas de adquisición de datos), Redes, Comunicaciones, Análisis Estadístico, Comunicación con bases de datos (útil para una automatización de una empresa a nivel total)” El software LabVIEW puede ser usado como SCADA, ya que permite la supervisión, adquisición y tratamiento de señales o datos que provienen de un proceso.

3.8 TELEMETRIA Con el transcurso del tiempo y el avance tecnológico, las empresas se han visto en la necesidad de mejorar y optimizar continuamente sus procesos. Un proceso es más eficiente si logra mejorar el costo, la productividad, la calidad, la 49

flexibilidad, la rapidez y el servicio; todo esto se puede lograr con una adecuada técnica de automatización que integre a su favor varias tecnologías; es el caso del internet cuya tecnología permite obtener y manipular información de un proceso desde una de sus plataformas o direcciones IP. El camino más corto para lograr dicha propuesta de mejoramiento de un proceso es hacer uso de estándares conocidos que permitan acceder a internet como lo son buscadores web, la tecnología HTTP y las extendidas como la HTML u otras. La telemetría es una técnica automatizada de comunicación con la cual es posible realizar mediciones, recopilación de datos en lugares remotos y realizar una transmisión de dichos datos para la vigilancia. (RC.NET, 2012) Los equipos terminales (sistemas) a ser monitoreados pueden ser conectados o adaptados a equipos funcionales (pc) y desde este conocer su estado de funcionamiento y desarrollar acciones correctivas sobre el mismo (control). Los sistemas de monitoreo remoto se desarrollan en base a la necesidad del proceso o actividad a desarrollar, implementando nuevas tecnologías como lo son: la comunicación por internet, el celular, entre otros. Todos estos sistemas complementan hoy en día los procesos de automatización. En Internet se encuentra un estándar a nivel mundial de bajo costo por el cual es posible distribuir cualquier tipo de información. (OTIN, 2007). A continuación se presentan algunos protocolos los cuales sirven como herramientas para el envío y recepción de datos a través de una red local o internet.

3.8.1 OPC SERVER. “Es un estándar de comunicación en el campo del control y supervisión de procesos. Este estándar permite que diferentes fuentes de datos envíen datos a un mismo servidor OPC, al que a su vez podrán conectarse diferentes programas compatibles con dicho estándar. De este modo se elimina la necesidad de que todos los programas cuenten con drivers para dialogar con múltiples fuentes de datos, basta que tengan un driver OPC” (VILEMA, 2013) 3.8.2 TCP Con el protocolo TCP (Transmision Control Protocol), es posible interconectar equipos que se encuentren fuera de una red local (Figura 7). Es decir, se puede 50

conectar con cualquier equipo que también esté conectado a Internet y que tenga una dirección IP. Una vez conectado con dicho equipo, se puede transmitir todo tipo de información. (OTIN, 2007, pág. 45) “Este protocolo, funciona de la siguiente forma, cuando se transfiere información de un ordenador a otro, por ejemplo un fichero, un mensaje de correo electrónico o cualquier otro tipo de datos, ésta no es transmitida de una sola vez, sino que se divide en paquetes pequeños” (ALVAREZ, 2011) “Esta técnica por paquetes, posibilita que los recursos de la red no sean monopolizados por un sólo usuario durante un intervalo de tiempo excesivo, siendo usual que por la red viajen paquetes de información provenientes de diferentes ordenadores y con destinos distintos” (NARVAEZ & ZAMBRANO, 2012, Escula Superior Politecnica de Litoral, Ecuador)

Figura 7. Funcionamiento del protocolo TCP/IP

Fuente. (VILEMA, 2013) “El protocolo TCP se encarga de dividir la información en paquetes de tamaño adecuado, numerar estos paquetes para que puedan volver a unirse en el lugar correcto y añadir cierta información para la transmisión y posterior decodificación del paquete y detectar posibles errores en la transmisión. Por su parte el protocolo IP atiende todas las operaciones relacionadas con el encaminamiento de los paquetes del origen al destino, encargándose de etiquetar cada paquete de información con la dirección apropiada” (BECERRA, 2013, Instituto Politecnico Nacional, Mexico).

3.8.3 UDP (User Datagram Protocol) Es un protocolo del nivel de transporte basado en el intercambio de datagramas (Encapsulado de capa 4 Modelo OSI). Permite el envío de datagramas a través de la red sin que se haya establecido previamente una conexión, ya que el propio datagrama incorpora suficiente información de direccionamiento en su cabecera. Tampoco tiene confirmación ni control de flujo, por lo que los paquetes pueden adelantarse unos a otros; y tampoco se sabe si ha llegado correctamente, ya que no hay confirmación de entrega o recepción (ver Tabla 7). (ROUSE, 2012) Tabla 7. Comparación entre TCP y UDP Comparación entre TCP y UDP UDP  Proporciona un nivel de transporte no fiable de datagramas o paquetes, ya que apenas añade la información necesaria para la comunicación de extremo a extremo  No introduce retardos para establecer una conexión Se emplea en tareas de control y en la transmisión de audio y vídeo a través de una red. Fuente. (ROUSE, 2012)

TCP proporciona un transporte fiable de flujo de bits entre aplicaciones. Está pensado para poder enviar grandes cantidades de información de forma fiable Cuando es más importante la velocidad que la fiabilidad, se utiliza UDP. En cambio, TCP asegura la recepción en destino de la información para transmitir.

3.9 BIOSEGURIDAD EN GRANJAS AVICOLAS La bioseguridad es una técnica utilizada en las empresas avícolas para prevenir la entrada y transmisión de agentes patógenos que puedan afectar la salubridad en las granjas. La bioseguridad es una parte primordial de cualquier empresa avícola ya que aporta un incremento en la productividad de las aves y por ende en el rendimiento económico. Uno de los mayores riesgos que se presentan en una producción avícola es no disponer de un procedimiento óptimo de bioseguridad, que permita evitar y reducir la transmisión de enfermedades tanto entre las especies cultivadas como en los encargados de las mismas. El concepto de bioseguridad en una explotación avícola hace referencia al mantenimiento del medio ambiente libre de microorganismos o al menos con una

carga mínima que no interfiera con la productividad de las aves encasetadas ya sean ponedoras, reproductoras o para levante. Podemos definir el concepto de bioseguridad como el conjunto de prácticas de manejo que van encaminadas a reducir la entrada y transmisión de agentes patógenos y sus vectores en las granjas avícolas. (RICAURTE, 2006) Las medidas de bioseguridad están diseñadas para prevenir y evitar la entrada de agentes patógenos que puedan afectar a la sanidad, el bienestar y los rendimientos zootécnicos de las aves. Es la práctica de manejo más barata y más segura para el control de las enfermedades. Ningún programa de prevención de enfermedades puede obviar un plan de bioseguridad. Si se tiene en cuenta que muchas de estas enfermedades patógenas pueden llegar a durar varios años. (RICAURTE, 2006) 3.9.1 FACTORES INFLUYENTES BIOSEGURIDAD

PARA

BUEN

PROCESO

Para un buen diseño de bioseguridad en las granjas avícolas es necesario tener en cuenta los siguientes aspectos: (RICAURTE, 2006) Localización de la granja. Condiciones climáticas óptimas, función de la altitud y latitud de la zona, distancia mínima 500 metros de otras granjas. Características construcción de la granja. Es imprescindible contar con un buen aislamiento tanto de techos como de paredes, no sólo para favorecer el mantenimiento de unas condiciones medioambientales de temperatura y humedad óptimas, sino para poder llevar a cabo un plan de bioseguridad. Control de animales extraños a la granja. Insectos (principalmente moscas y mosquitos) ya que son los principales vehículos transmisores de enfermedades. Limpieza y desinfección de la granja. Limpieza y desinfección de la granja en general. Uniformidad de los lotes. Utilización de lotes de la misma edad, ya que de esta manera reduciremos la contaminación de las aves adultas hacia los más jóvenes. Control de las visitas y del personal de la explotación. En la medida de lo posible se debe reducir al mínimo las visitas de personal extraño a la granja, aunque es muy difícil de conseguir, por lo que es necesario contar con un programa de bioseguridad en relación a las visitas. La mayoría de enfermedades infecciosas pueden propagarse de una granja a otra a través de la ropa y el calzado de las visitas o del personal que se mueve de granja en granja de diferentes lotes de aves.

A la entrada de la granja y de cada galpón se debe instalar un pediluvio para la desinfección del calzado, se utiliza un producto yodado, 20 cm / litro de agua. El pediluvio debe contar con una solución desinfectante que no se vea afectada por la temperatura y por los rayos solares. Esta solución debe renovarse como mínimo una vez a la semana, siendo muy importante la limpieza de las botas antes de sumergirlas en el pediluvio. Este es uno de los puntos más delicados y al que habría que prestarle una mayor atención, ya que en el 90% de la contaminación microbiana actúa el hombre como transmisor. El tránsito del personal deberá ser siempre de las granjas de aves más jóvenes a las de mayor edad. Es conveniente lavarse las manos cuando se manipule aves de distintos lotes o edades. 3.9.2 PEDILUVIOS O LAVA-BOTAS AUTOMÁTICOS Actualmente en la industria avícola colombiana se manejan pediluvios con una solución yodada estancada en un depósito para la desinfección superficial de las botas, dicha solución no tiene un flujo rotativo constante, perdiendo efectividad en la desinfección del calzado hasta que sea renovada por el operario del galpón. Roser, una empresa destaca en el campo de limpieza de botas en la Industria Alimentaria y agropecuaria, fabrica pediluvios automáticos (ver Figura 8) que son normalmente diseñados con cepillos de cerdas gruesas, logrando un rozamiento riguroso en la superficie de la bota, removiendo los desechos adheridos de los laterales y la suela de una bota al mismo tiempo.

Figura 8 Lava botas Automático con 3 cepillos

Fuente. (roser, 2000)

METODOLOGIA

Debido a la ubicación geográfica del galpón y que se dificulta el trabajo en el mismo por estar en medio del proceso de producción con un lote de aves, se utilizó una metodología en la cual se dividió el problema para reducirlo a tareas lo más sencillas posibles, desarrollando cada una de forma individual, para posteriormente verificar su apropiado funcionamiento y finalmente integrarlas en un solo sistema. Inicialmente se asistió a varias conferencias con el apoyo de la Facultad de Zootecnia, acerca de las condiciones específicas que influían en el proceso de producción y cuáles eran las falencias más representativas específicamente en el galpón del Eco Parque Universitario Pinares. Se ejecutó un sondeo por los diferentes distribuidores de elementos electrónicos, para determinar cuáles podrían ser los más recomendables para la aplicación a desarrollar, teniendo en cuenta los rangos a manejar, el ambiente, los costos y la eficiencia energética. Posteriormente se realizó una evaluación de todos los sensores y actuadores individualmente, para confirmar su buen funcionamiento y se desarrolló el sistema de adquisición de datos para el monitoreo de las condiciones ambientales. Se configuro una red LAN, en equipos con conexión WI-FI sin acceso a internet, conectados al mismo Router para compartir los archivos históricos de las variables ambientales. En diferentes puntos de acceso a internet se realizó el monitoreo de una interfaz gráfica previa diseñada en Labview, para la supervisión remota de las variables a controlar. Mediante el software Labview se diseñó la interfaz gráfica que permite monitorear las condiciones ambientales al interior del galpón. Al liberar el galpón del lote de aves, se procedió con la reestructuración de la red eléctrica que se tenía y se instaló la red de datos. Se realizó la instalación de los sensores, los actuadores y la exclusa. Luego se realizó la integración de los sistemas de software previamente implementados dando por terminada la interfaz gráfica y de control. Finalmente se integraron los actuadores y sensores al software de control y se validó el sistema completo, realizando un proceso final de reingeniería para pulir detalles y calibrar de la mejor manera el sistema. 55

DESARROLLO

El desarrollo del proyecto se puede contemplar en tres entregables diferentes que se pueden apreciar en la Figura 9 Figura 9 Metodología empleada para el desarrollo del proyecto Ambiente Controlado con Telemetria Aplicado al Galpon del Ecoparque

Ambiente controlado e instrumentación

Monitoreo con telemetría

Bioseguridad

Fuente. (Autores, 2015)

5.1 DIAGRAMA FUNCIONAL DEL PROYECTO El sistema que se describe en la Figura 10, muestra el sistema implementado en el galpon del Eco Parque Universitario Pinares, en donde se encuentran los sensores de humedad, temperatura, iluminacion y concentracion de amoniaco, los cuales convierten las señales del mundo fisico a señales que pueden ser procesadas por el controlador y de este modo permita la manipulacion del actuador acorde a las necesidades del sistema. Ademas contiene un sistema de monitoreo de cada una de las variables y un sistema de comunicación para que estas puedan ser monitoreadas desde diferentes lugares de la finca.

Figura 10 Diagrama funcional del Proyecto

Fuente. (Autores, 2015)

5.2 DIAGRAMA FISICO DEL PROYECTO El sistema que se describe en la Figura 11, muestra el sistema fisico que se implemento en el galpon del Eco Parque Universitario Pinares. Figura 11 Diagrama fĂsico del proyecto

Fuente. (Autores, 2015) 57

5.3 ADQUISICION DE DATOS En el Anexo A se puede visualizar el funcionamiento del sistema mediante un diagrama de proceso y diseño de instrumentación (P&ID) para una mejor comprensión. 5.3.1 Selección del controlador y tarjeta de adquisición La adquisición de datos consiste en tomar un conjunto de señales físicas, convertirlas en tensiones eléctricas y digitalizarlas de manera que se puedan procesar en una computadora. Se requiere una etapa de acondicionamiento, que adecua la señal a niveles compatibles con el elemento que hace la transformación a señal digital. El elemento que hace dicha transformación es el módulo de digitalización o tarjeta de Adquisición de Datos (DAQ) (NATIONAL_INSTRUMENTS, 2012) 5.3.2 Tipos de controladores usados frecuentemente  PLC (Control Logico Programable): es un dispositivo electrónico que puede ser programado por el usuario y se utiliza en la industria para resolver problemas de secuencias en la maquinaria o procesos, tiene una Unidad central de procesamiento mejor conocido como CPU, interfaces de comunicación, puertos de salida y entrada de tipo digital o análogo. (ABC_ELECTRONICS, 2010)  PICmicro (Peripheral Interface Controller, Controlador de Interfaz Periférico): Son una familia de microcontroladores tipo RISC (diseño de CPU generalmente utilizado en microprocesadores) fabricados por Microchip Technology Inc. y derivados del PIC1650, originalmente desarrollado por la división de microelectrónica de General Instrument.Es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida. (ABC_ELECTRONICS, 2010)  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. El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y puertos de entrada/salida. 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. (ARDUINO, 2010) 5.3.3 Comparacion entre el PLC, PICmicro y Arduino Tabla 8 Comparación entre PLC, PIC micro y Arduino Caracteristicas

Robustes

Lenguaje de Programacion

Flexibilidad

PLC Son robustos y están diseñados para resistir vibraciones, temperaturas, humedad y ruido. Los fabricantes de PLC han desarrollado una una variedad de lenguajes de programación, los mas utilizados son el: Diagrama Eléctrico( Ladder), Diagrama Lógico(FBD), Diagrama Algorítmico(Grafcet) Alta: permiten modificar un sistema de control sin tener quevolver a alambrar las conexiones de los dispositivos de entrada y salida

Costo

Alto

PICmicro Los PICmicro no cuentan con un sistemas robusto, ya que no tienen la proteccion especial o adecuada.

Arduino Frente al PICmicro, es un poco mas robusto, ya que esta enpotrado en una placa que cuenta con una circuiteria definida.

Lenguaje BASIC

Processing/Wiring

Lenguaje C

C++

Lenguaje Ensamblador (assembler)

Alta: permiten modificar un sistema de control sin tener quevolver a alambrar las conexiones de los dispositivos de entrada y salida Bajo

Alta: permiten modificar un sistema de control sin tener que volver a alambrar las conexiones de los dispositivos de entrada y salida

Fuente. (Autores, 2015)

Bajo

5.3.4 TARJETA PARA LA ADQUISICION DE DATOS Para la adquisición y control de datos originarios por la red de sensores del galpón, se utilizo la plataforma de hardware Arduino MEGA 2560, cuyas caracteristicas se encuentran en la Tabla 9, este controlador cuenta con un lenguaje de programación propio basado en Processing, el cual es muy amigable con el programador y posee la característica de tener un puerto de comunicación serial adaptado a comunicación USB, lo cual facilita la comunicación con el Ordenador y debido a esto permite una interacción directa vía serial con el software LabVIEW®, transfiriéndole los datos recopilados de los sensores al ordenador, para su posterior visualización en el panel grafico de software. Este controlador fue seleccionado ya que se adapta a las necesidades propias del proyecto, a que es un prototipo de software libre, el cual ha tenido un auge muy importante en los últimos años y el bajo coste de estos dispositivos constituye una ventaja en comparación con diversos controladores existentes en el mercado, Además, tiene una memoria de gran capacidad que te permite utilizarlo para códigos muy extensos o que requieran de una gran cantidad de variables a controlar. Tabla 9 Características de la plataforma Arduino Mega 2560 Microcontrolador Tensión de funcionamiento Voltaje de entrada (recomendado) Voltaje de entrada (límites) Digital pines I / O

Atmega2560 5V 7-12V 6-20V 54 (de las cuales 15 proporcionan salida PWM) 16 40 mA 50 mA 256 KB de los cuales 8 KB utilizado por el gestor de arranque 8 KB 4 KB

Pines de entrada analógica Corriente DC por Pin I / O Corriente DC de 3.3V Pin Memoria Flash SRAM EEPROM Fuente. (ARDUINO, 2010)

5.4 ILUMINACION Cada línea de gallinas ponedoras tiene establecido un programa de iluminación en su guía de manejo, regularmente la intensidad de luz artificial debe tener la misma luminosidad que la luz diurna. Por esta razón la intensidad lumínica del alumbrado artificial debe tener 6 W/ m² o 50- 60 lux. (AGRICULTURA NACIONAL, 2005) Para tener una buena distribución de iluminación artificial al interior del galpón, es conveniente calcular el número de lámparas requeridas para un área en específico, teniendo en cuenta la luminosidad que se maneja habitualmente en los galpones.

Figura 12. Diagrama de bloques del sistema de Iluminación

Fuente. (Autores, 2015)

5.4.1 ILUMINACION AL INTERIOR DEL GALPON En este caso la iluminancia promedio está dada por la regla general para gallinas ponedoras que son entre 50 y 60 lux. En este diseño se utilizó la iluminancia más alta (60 lux), para que el sistema de iluminación tenga la capacidad de adaptarse a cualquier línea de ponedoras que se disponga. 61

Obteniendo la iluminancia promedio se definen los parámetros locales y se selecciona la luminaria más pertinente para el diseño. 5.4.2 Parámetros Del Local En la Tabla 10, se especifican las características del local a tener en cuenta para el diseño de iluminación.

Tabla 10 Especificaciones técnicas del Galpón Especificaciones Técnicas Del Local ( Galpón) Dimensiones Geométricas Ancho: 5m Largo: 10m Alto: 4m

Forma Del Local Rectangular

Color (Pared y Techo) Pared: Blanco viejo Techo: Gris

Textura (Pared y Techo) Pared: Cemento Techo: Cemento

Fuente. (Autores, 2015)

5.4.3 Selección De Luminaria En la industria moderna se encuentra diferentes tipos de tecnologías en iluminación artificial como los es:  Incandescente De Filamento. Las lámparas incandescentes de filamento son aquellas que al atravesar la corriente por un filamento de alambre de tungsteno, lo calienta hasta ponerlo incandescente, aprovechando la energía luminosa que desprende. Esta luz intensifica los colores cálidos y atenúa los fríos.  Halógenas. La lámpara halógena es una variante de la lámpara incandescente con un filamento de tungsteno dentro de un gas inerte y una pequeña cantidad de halógeno (como yodo o bromo). El filamento y los gases se encuentran en equilibrio químico, mejorando el rendimiento del filamento y aumentando su vida útil.  Lámpara Fluorescente. La lámpara es de descarga de vapor de mercurio a baja presión y se utiliza normalmente para la iluminación doméstica o industrial. 62

Consiste en un tubo de vidrio fino revestido interiormente con diversas sustancias químicas compuestas llamadas fósforos, esos compuestos químicos emiten luz visible al recibir una radiación ultravioleta.  Lámpara fluorescente compacta (LFC). Aprovecha la tecnología de los tradicionales tubos fluorescentes para hacer lámparas de menor tamaño que puedan sustituir a las lámparas incandescentes con pocos cambios en la armadura de instalación y con menor consumo. La luminosidad emitida por un fluorescente depende de la superficie emisora, por lo que este tipo de lámparas aumentan su superficie doblando o enrollando el tubo de diferentes maneras. Otras mejoras en la tecnología fluorescente han permitido asimismo aumentar el rendimiento luminoso desde los 40-50 lm/W hasta los 80 lm/W.  Tecnología LED. Los LED (Light Emiting Diode o “diodos emisores de luz”) son un producto favorable al entorno, debido a su reducido consumo energético. La tecnología LED, es una técnica de iluminación que ofrece múltiples ventajas frente a las convencionales y que representa un gran progreso en cuanto a eficiencia energética, rentabilidad y sostenibilidad. Gracias a su moderna tecnología, dicho consumo queda reducido en un 80-90%. Además, no contienen mercurio, y la mayoría de sus componentes son reciclables. Su larga vida útil contribuye, por último, a preservar los recursos naturales. Por todo ello, puede considerarse un producto eminentemente ecológico. (UNITELLUX, 2009) Un LED básicamente transforma la energía eléctrica en luz, su funcionamiento se basa en la emisión de fotones (luz) cuando los electrones portadores de la electricidad atraviesan el diodo, dicho fenómeno se conoce como electroluminiscencia. En la Tabla 11 se puede apreciar que la tecnologia LED tiene caracteristicas de consumo que la hace muy eficiente, ofreciendo un flujo limunico equivalente a los otros tipos de lamparas consumiendo menor cantidad de energia.

Tabla 11. Comparación de consumo en luminarias Valores en CONSUMO APROXIMADO EN WATTS (W) lúmenes LED Incandescentes Halógenas LFC y (lm) fluorescentes 50 / 80 1,3 10 ----110 / 220 3,5 15 10 5 250 / 440 5 25 20 7 550 / 650 9 40 35 9 650 / 800 11 60 50 11 800 / 1500 15 75 70 18 1600 / 1800 18 100 100 20 2500 / 2600 25 150 150 30 2600 / 2800 30 200 200 40 Fuente. (UNITELLUX, 2009) Por otro lado la tecnologia LED tiene otras caracteristicas que la hacen superior a las demas tecnologias, como se puede apreciar en la Tabla 12, tales como su vida util, emision de calor y tiempo de encendido, entre otras. Tabla 12. Características de diferentes tipos de luminarias CARACTERÍSTICAS Ciclos continuados de encendido/apagado Tiempo de demora para encender Emisión de calor Consumo eléctrico Eficiencia Sensibilidad a la baja temperatura Sensibilidad a la humedad Contenido de materiales tóxicos Vida útil aproximada en horas de funcionamiento Permite atenuación

LED

LFC

Instantáneo Muy baja Bajo Alta Ninguna Ninguna Ninguno 50 000

Acorta su vida útil Algún retardo Baja Bajo Alta Alta Alguna Mercurio (Hg) 10 000

Algunos modelos

Indefinido

Fuente. (UNITELLUX, 2009)

Incandescent es Indefinido Instantáneo Alta Alto Baja Poca Poca Ninguno 1 000 Todas

En este proyecto se hizo la implementacion de tecnolgia LED, debido a su mayor duracion en comparacion a las fuentes de luz convencionales y reduciendo la inversion en repuestos constantemente se excluye el coste de mantenimiento periódico, lo que mejora la rentabilidad de la instalación. Tambien se selecciono esta tecnologia por su factibilidad de dimerizacion, este factor fue muy importante al momento de optar por la luminaria, ya que se controla el flujo luminico mediante una señal que proporciona el controlador Arduino. Otro factor que se tuvo encuenta para la selección de luminaria fue el color de la luz, esta tecnologia emite luz muy parecidad a la luz del dia, y las aves ponedoras necesitan de un color de luz arficial con estas caracteristicas para conseguir el estimulamiento apropiado en su proceso de postura. Ademas la caracteristica de la resistencia a las vibraciones y que este tipo de luminaria no se funde (a menos de que se presentes grades picos de vltaje), sino que sufre una degradación del flujo luminoso, hacen de esta tecnologia la que proporciona mas vetajas al sistema; se considera que la vida útil del LED termina en el momento en que se reduce su luminosidad más de un 70% de su valor inicial. (UNITELLUX, 2009) Tipos de luminarias LED Para conseguir una estimulacion apropiada en las aves ponedoras es necesario que la iluminacion artificial tenga un color de luz de 5800K (kelvin) a 6200K (kelvin) equivalente a la luz del dia, este factor fue muy importante al momento de selccionar el tipo de luminaria LED ya que todas no cuentan con esta propiedad.

Figura 13. Tipos de Luminarias

Fuente. (Autores, 2015)

La tecnologia LED trae consigo muchas ventajas, en la figura11 se expone algunos tipos de luminarias que cuentan con la caracteristica en comun del ahorro energetico, favoreciendo la eleccion de la luminaria. Para este proyecto se selecciono el Panel LED Redondo, ya que cumple con todos los crierios de selecci贸n definidos para el proyecto y posee caracteristicas que benefician la iluminacion interior del galpon del eco parque pinares. Las caracteristicas del panel se encuentran referenciadas en la Tabla 13.

Tabla 13. Características Especificas Panel LED Redondo Caracteristicas Especificas del Panel LED Redondo seleccionado Marca AGM 25W Consumo Electrico Equivalente de un incandecente:160W Flujo Luminico 2000 lumenes ( lm) Eficiencia 25.000Hrs 85LM/W Temperatura de Trabajo -20°C a 50°C Angulo de Apertura 120° Factor De Potencia 90-95% Proteccion IP50 Temperatura De Luz 6500K ( Kelvin) Diametro: 8” Dimensiones Altura: 1.5cm AC 85-265V (110V-120V-208V-220V-240V)/ 60HZ. Fuente de Alimentacion Inlcluye Driver ( Coversor AC/DC) Dimerizacion Si

Fuente. (Autores, 2015)

5.4.4 Cavidad Del Local (k) y Coeficiente de Utilizacion (CU) Las caracteristicas fisicas del galpon a tener en cuenta para el diseño de iluminacion se pueden apreciar en la Figura 12. Figura 14. Cavidades del Galpón

Fuente. (Autores, 2015)

Despejando los datos en la ecuación 1, se tiene:

2m ya con el valor de la altura de la cavidad local se puede calcular el índice de cavidad local, utilizando la ecuación 2:

5∗2

∗ 10 10 ∗ 5

3 Para determinar el coeficiente de utilización, se toma como referencia la Tabla 14, podemos tomar los datos de reflactancia en base al color de las paredes y el techo. Tabla 14. Valores de Reflectancia (aprox.) en %, para colores y texturas

Fuente. (RETILAP)

El galpon del eco parque cuenta con un techo de color gris de tono mediano, sus paredes tienen un acabo en cemento con un color blanco viejo de tono muy claro teniendo una reflactancia de: Reflactancia del Techo: 61% Reflactancia De La Pared: 76% Ya obtenida la reflactancia del techo y pared del galpon se selecciono el coeficiente de utlizacion adecuado con base en la Tabla15 suministrada por el fabricante de la luminaria, en este caso el panel de LED redondo. El coeficiente de utilizacion que se adapta a los valores de reflactancia es 0,72 con un indice de local de tres (K=3). Tabla 15. Factores de Utilizaciรณn recomendada por RETILAB

Fuente. (RETILAP)

5.4.5 Factor De Mantenimiento (FM) Para calcular el FM se utilizarรกn los valores sugeridos por la CIE, asumiendo que es un local de limpieza normal y que cuenta con un ciclo anual de mantenimiento. Sabiendo entonces que el tipo de luminaria escogida es del tipo abierta, el factor de mantenimiento quedarรก establecido en 0,89.

5.4.6 Flujo Luminoso Total Requerido (

)

Teniendo ya definidos los valores de CU, FM y la iluminacia promedio (Emedio) se procede a calcular el flujo luminoso total requerido (φtot) Utilizando la ecuacion 4:

60 ∗ 50 0,72 ∗ 0,89

3708,33

5.4.7 Número de luminarias requeridas (N). Habiendo ya obtenido el flujo luminoso total requerido y el flujo luminoso emitido por el tipo lámpara seleccionada, se procede a calcular el número de luminarias requeridas para suministrar el flujo luminoso total utilizando la ecuación 5:

2000

3708,33 2000 ∗ 1

1,854

Debido a que el proyecto va a ser utilizado como investigación, para estudiar el comportamiento de cualquier línea de ave ponedora, se requiere evaluar una segunda opción para disponer de un flujo lumínico mayor si es requerido en un momento oportuno. 5.4.8 Flujo luminoso (φreal) e Iluminancia promedio (E prom).reales Luego de conocer la cantidad de luminarias a utilizar se debe calcular el flujo luminoso que éstas emitirán. Se evalúan dos soluciones posibles, en este caso 2 ó 3 luminarias, utilizando la ecuación 6:

Para 2 luminarias:

2 ∗ 1 ∗ 2000

4000

Luego con el flujo luminoso real se calcula iluminancia promedio utilizando la Ecuación 7:

4000

∗ 0,72 ∗ 0,89 50

51, 26

Para 3 luminarias:

3 ∗ 1 ∗ 2000

6000

Luego con el flujo luminoso real se calcula usando la Ecuación 7 la iluminancia promedio:

6000

∗ 0,72 ∗ 0,89 50

76,896

El valor de iluminancia promedio con 3 lámparas fue el mejor obtenido ya que está sobre el valor ideal de diseño y permite alcanzar un mayor flujo lumínico cuando se necesite, por lo tanto se eligió utilizar 3 luminarias para el diseño del galpón del eco parque debido a que cumplen con los requisitos de iluminancia promedio y además son económicas. 5.4.9 Adaptación del panel LED redondo La luminaria seleccionada trae consigo un driver que se conecta directamente a la red eléctrica de 110VAC, este funciona como fuente de alimentación para los Led, viene con un voltaje de salida de 45-60 VDC a 300mA ver Figura 15a, pero tomando la medida de voltaje real del driver, toma valores entre 70- 90VDC, debido a la gran fluctuación de voltaje que presentaba no fue posible realizar el control de intensidad mediante PWM, por lo cual fue necesario recurrir a otra fuente de voltaje, que fuera más estable. La fuente de voltaje que se eligió por su disponibilidad en el mercado y bajo costo, fue una fuente de 12VDC a 2A ver Figura 15b.

Figura 15. Fuente de alimentación para el panel LED redondo a) Driver original de la luminaria LED

b) Driver para luminaria modificada

Fuente. (Autores, 2015)

La cinta de Led que posee en su interior el panel redondo originalmente viene divida en 24 bloques conectados en serie, donde cada bloque se compone a su vez de 5 Led conectados en paralelo. Esta configuración hace que la corriente total que consume la cinta sea de 300mA, con un voltaje de aproximadamente 72 V. En el Anexo D se encuentra la conexión eléctrica original de la lámpara de panel LED Redondo. Para adaptar las lámparas a la nueva fuente fue necesario dividir la cinta de LED en 6 bloques principales como se puede ver en la Figura 16a, cada bloque posee 4 sub-bloques con una caída de voltaje de 3V cada uno, y estos están conectados en serie consumiendo 300mA en total, estos sub-bloques a su vez se componen de 5 LEDs conectados en paralelo, como se observa en la Figura 16b, como resultado cada bloque funciona con un voltaje de 12V y su consume de corriente es de 300mA. Los 6 bloques se conectan en paralelo a la fuente de voltaje de 12V, llegando a un consumo total por lámpara de 1800mA o 1,8 A. En el Anexo E se aprecia el diagrama de conexión final de la tira de LED.

Figura 16. Modificación del panel LED redondo a) División en 6 bloques

b)Detalle de cada bloque

Fuente. (Autores, 2015)

5.4.10 SELECCIÓN DEL SENSOR PARA ILUMINACION Para la selección del sensor de luminosidad a utilizar, se tuvo en cuenta cinco aspectos principales como se puede ver en la Tabla 16, en la cual se comparan tres sensores preseleccionados.

Tabla 16. Comparación entre sensores de Iluminación Tabla comparativa entre el sensor TEMP6000, TSL2561 y LDR Característica Rango de medida Señal de Salida

TEMP6000

TSL2561

10 – 1000 (lux ) Análoga (Variación de Voltaje)

Rango de Voltaje de alimentación 5 – 6 (VDC) Precisión Alta Costo Bajo Fuente. (Autores, 2015)

0.1 - 40.000(lux) Análoga (Variación de Voltaje) 2.7 – 3.6 (VDC) Alta Alto

LDR (light-dependent resistor) 10 – 500 (lux) Análoga (Variación de Resistencia) 5 – 12 (VDC) Baja Bajo

Para tener una manipulación apropiada del nivel de iluminación artificial con referencia a la luz natural, teniendo en cuenta la Tabla16 se seleccionó el sensor TEMT6000, está diseñado para tener una respuesta muy similar a la que tiene el ojo humano y es sensible al espectro visible, este actúa como un transistor, cuanto mayor sea la luz entrante mayor es el voltaje analógico en el pin señal de salida, con esta señal se pretende aprovechar al máximo la iluminación exterior y suplirla con luz artificial cuando está ya no sea suficiente, este sensor actúa con alta precisión, de bajo costo y su alimentación se adapta a las condiciones planteadas en el proyecto. En la Tabla 17 se exponen las características técnicas básicas del sensor

Tabla 17. Características Básicas del Sensor TEMT6000

Fuente. (VISHAY_SEMICODUCTOR, 2010)

5.4.11 FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA SENSORICO DE ILUMINACION Se utilizaron 2 sensores de luz ambiente instalados al interior del galpón para aumentar la exactitud en el momento de ser mensurada la variable física, y poder suplir la luz natural con la luz artificial adecuadamente (en el Anexo C se muestra la instalación eléctrica y ubicación de los sensores al interior del galpón). Cada sensor envía una señal analógica a las entradas del Arduino, las cuales son procesadas por este y mediante una señal PWM (Modulación Por Ancho De Pulsos), controla la intensidad lumínica de las lámparas LED, hasta que se llegue al nivel adecuado de iluminación que se requiera. A su vez el Arduino mediante su conversor USB-Serial, envía de forma serial las señales procesadas tomadas de los sensores, para que puedan visualizarse directamente en la interfaz gráfica diseñada en Labview®.

5.5

CONCENTRACION DE AMONIACO Y HUMEDAD RELATIVA

Como se menciona a lo largo de la sección 3.4 el amoniaco (NH3) es un gas que se produce por la degradación bacteriana de los desechos de las gallinas. El alto nivel de nitrógeno de esta degradación al mezclarse con las partículas de agua (H2O) presentes en el ambiente, afecta directamente la producción, aumenta la incidencia de podo-dermatitis e incrementa el número de agentes patógenos

incluyendo bacterias, virus, coccidias, helmintos intestinales y hongos, además son perjudiciales para la salud del ser humano y de las gallinas en concentraciones mayores a las 20 ppm. (AVIAGEN).

En la Figura 17 se muestra el funcionamiento del Sistema de Amoniaco y humedad relativa implementado en el Galpón.

Figura 17. Diagrama funcional del Sistema de Amoniaco y humedad relativa

Fuente. (Autores, 2015)

5.5.1 CONCENTRACION DE AMONIACO Para tener una buena manipulación de la concentración de amoniaco en el galpón eco parque pinares, se implementó un sistema de persianas automáticas, que tienen apertura de arriba hacia bajo según sea la concentración de gas o humedad, este sistema permite un mayor flujo de aire mediante ventilación natural al interior del galpón disminuyendo la concentración de gas.

La apertura de persianas se pone en marcha cuando la concentración de gas sea mayor o igual a 20 ppm, llegando al tope de apertura para una mayor ventilación. El cierre de persianas es proporcional a la disminución del gas en el interior del galpón, es decir, si la concentración disminuye a 18ppm el toldo se cerrara al tercer nivel de oclusión y así sucesivamente hasta llegar al cierre total que es menor a 10 ppm. Para el cierre de persianas se manejaron cuatro niveles como se aprecia en la Figura 17.

El cuarto nivel: la apertura máxima, cuando la concentración sea mayor o igual a 20 ppm. El tercer nivel: cuando la concentración sea mayor o igual a 18 ppm. El segundo nivel: cuando la concentración sea mayor o igual a 15 ppm. El primer nivel: cuando la concentración sea mayor o igual a 13 ppm. Cierre total: cuando la concentración sea menor 10 ppm. Figura 18. Niveles de apertura de persiana automática

Fuente. (Autores, 2015) Nota: Este sistema servira tanto para la reduccion de la concentracion de amoniaco, como para la humedad relativa, de modo que se accionara cuando cualquiera de los dos limtes se sobrepase y se cerrara paulatinemente, cuando se 77

cumplan los limites tanto de humedad como de concentracion de amoniaco para cada nivel de oclusion. Se manejó la apertura de persianas de arriba hacia abajo ya que se deben prevenir las corrientes de aire directas al nivel de las gallinas, también se deben mantener estas corrientes al mínimo, por lo que se mantienen las persianas cerradas el mayor tiempo posible, lo cual también evita que se presentes caídas representativas de temperatura.

5.5.2 SELECCIÓN AMONIACO

DEL

SENSOR

PARA

CONCENTRACION

Es de suprema importancia la medición y control continuo de la concentración de amoniaco, ya que si se permite una concentración mayor a 20ppm afecta directamente el sistema respiratorio, causando irritación de garganta en las aves como el ser humano. Para la selección del sensor de concentración de amoniaco a utilizar en el galpón eco parque, se tuvieron en cuenta cinco características y se compararon dos sensores preseleccionados, como se puede ver en la Tabla 18.

Tabla 18. Comparacion entre sensores de Amoniaco. Tabla comparativa entre el sensor L-A14 y MQ-135 Característica Rango de medida Señal de Salida Rango de Voltaje de alimentación Precisión Costo Fuente. (Autores, 2015)

L-A14 0 – 500 (ppm) Análoga (Variación de Voltaje)

MQ-135 10 - 100(ppm) Análoga (Variación de Voltaje)

85 -265VAC, 50/69Hz Alta Alto

2.7 – 3.6 (VDC) Alta Bajo

Se seleccionó el modulo del sensor MQ-135 ya que trabaja en un rango de 10 a 100 ppm, tiene una rápida respuesta y alta sensibilidad; adjunto al sensor el modulo contiene un circuito integrado LM393, dándole más robustez al sensor y permitiendo su conexión directa sin necesidad de realizar un circuito extra. El voltaje de trabajo del sensor es de 5VDC y posee dos terminales de salida uno Análogo y otro Digital (TTL). El sensor seleccionado (MQ135) es fácil de conseguir en el mercado y cumple con los rangos de medición necesarios, se utilizaran dos sensores de este tipo debido a la magnitud del área en la cual se instalaran. Las características técnicas del sensor se presentan en la Tabla 19. Tabla 19. Caracteristicas del sensor MQ 135

Fuente. (SigmaElectronica, 2013)

5.5.3 SISTEMA DE PERSIANAS El sistema de persianas que se implemento para mantener la concentracion de amoniaco estable, cuenta con un potenciometro multivuelta el cual se puede apreciar en la Figura 19 instalado en un extremo del motor de la persiana.

Figura 19. Potenciómetro Multivuelta

Fuente. (SigmaElectronica, 2013)

Este elemento se utilizo como sensor entregando un valor dependiendo de la posicion en la que se encuentre la persiana en el momnento, la señal que entrega el sensor es enviada y almacenada en el controlador para posteriormente ser comparada con la señal que envian los sensores MQ135; En la Tabla20 se exponen las caracteristicas tecnicas del potenciometro.

Tabla 20. Características Básicas del Potenciómetro Valor nominal: 10kΩ Vueltas: 10 Señal de Salida: Analógica Dimensiones: 3,5cm Largo 3cm Ancho 2,5cmAlto Fuente. (Autores, 2015)

5.5.4 ADAPTACION DEL POTENCIOMETRO AL SISTEMA Para tener una señal de salida del potenciómetro acorde a la posición de la persiana, fue necesario implementar un sistema de engranaje como se puede apreciar en la Figura 20, que permitiera variar el potenciómetro en función a la rotación del motor.

Figura 20. Sistema de engranaje para el potenciometro

Fuente. (Autores, 2015)

En la Figura 21 se aprecia la relación entre la posición entregada por el potenciómetro y la apertura de la persiana, el potenciómetro estará alimentado por 5V y con una distancia de movimiento lineal de 180cm.

Figura 21. Relacion de voltaje vs Apertura de Persiana Voltaje 6

Comportamiento del Potenciometro con el Sistema de engranaje

5 4 3 2 1 0

0,27

0,55

0,83

1,11

1,39

1,67

1,95

2,23

2,51

2,79

3,07

3,35

3,63

3,91

4,19

4,47

4,75

5,03

Potenciometro

0 0

90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

Apertura de persiana (cm)

Fuente. (Autores, 2015) 81

5.5.5 FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE CONCENTRACION DE AMONIACO Para la medición de la concentración de amonio se utilizaron 2 sensores instalados al interior del galpón para aumentar la exactitud en el momento de ser mensurada la variable física y debido al tamaño del galpón (en el Anexo C se muestra la instalación eléctrica y ubicación de los sensores del galpón del eco parque). Cada sensor envía una señal analógica a una entrada del Arduino, además de esta señal, también se recibe la señal de los dos potenciómetros instalados en las persianas, los cuales permiten saber la última posición que tomaron estas. Ya recibidas las señales por el controlador, mediante una señal digital se acciona de forma inalámbrica el motor, según lo requiera el sistema. Por ejemplo, si la concentración de gas es mayor a 20 ppm, el controlador debe accionar el motor hasta que las persianas se encuentren en el nivel de apertura máximo, de este modo se incrementara el flujo de aire al interior del galpón y se reducirá la concentración de gas. Inmediatamente el Arduino interactúa vía serial con el software LabVIEW®, transfiriéndole los datos recopilados de los sensores al ordenador, para su posterior visualización en la interfaz grafica. 5.5.6 SELECCIÓN DEL ACTUADOR PARA LA CONCENTRACION DE AMONIO El actuador que permite la apertura y cierre de las persianas es un motor Dooya ver Figura 21 empleado actualmente para sistemas domóticos, se eligió este motor por la potencia, velocidad, bajo consumo energético y porque cuenta con un sistema de activación inalámbrica, se implementaron dos de este tipo, debido a que el galpón cuenta con 2 ventanas enfrentadas. Figura 22. Motor Dooya DC120

Fuente. (Dooya_Company, 2008) 82

En la Tabla 21 se describen las principales características técnicas del motor Dooya DC120: Tabla 21. Caracteristicas Tecnicas del Motor dooya DC120 Características Técnicas Motor Dooya DC120 Nombre de la marca: Dooya Fase: Monofásico Frecuencia: 50Hz/60Hz Voltaje de CA: 208-230/240V Voltaje control: Batería 27A 12V Distancia de control Exterior 200m remoto: Interior 35m Frecuencia Emitida: 433.92MHz+-100KHz Numero de Modelo: DC120 Fuente. (Dooya_Company, 2008) 5.5.7 ADAPTACION DEL MOTOR AL SISTEMA DE CONTROL El motor Dooya seleccionado trae consigo un control que permite el accionamiento inalámbrico. Este control tiene la capacidad de manejar varios de estos motores simultáneamente, para poder aprovechar esta característica y lograr un accionamiento inalámbrico, fue necesario realizar un proceso de ingeniería inversa aplicado al control, debido a que el accionamiento que posee es mecánico y se buscaba un accionamiento electrónico; El control posee dos pulsadores que permiten el accionamiento del motor hacia arriba y hacia abajo, y otro para detenerlo en cualquier posición. Para realizar la adaptación del control inalámbrico, se analizó el circuito para poder determinar cuáles eran las señales que necesitaba el control para enviar la orden de movimiento o paro al motor luego de encontrar estas señales y observar que eran señales TTL, compatibles con el Arduino, se reemplazaron por señales emitidas directamente desde el controlador y se logró la activación inalámbrica del sistema mediante la modificación al circuito que se puede apreciar en la Figura 23.

Figura 23 Adaptacion del control remoto al sistema

Fuente. (Autores, 2015) 5.5.8 HUMEDAD RELATIVA La humedad relativa máxima que generalmente es permitida en galpones está ubicada entre el 60% y el 70%. (AGRICULTURA NACIONAL, 2005) Para el control de la humedad relativa al interior del galpón, se utilizó el mismo actuador que en la concentración de amoniaco, ya que este sistema permite un mayor flujo de aire disminuyendo la humedad en el ambiente interno del galpón. La apertura de persianas se pone en marcha cuando la humead relativa sea mayor o igual a 70%, llegando al tope de apertura para una mayor ventilación. El cierre de persianas es proporcional a la disminución de la humedad relativa, es decir, si la humedad disminuye a 60% el toldo se cerrara al tercer nivel de oclusión y así sucesivamente hasta llegar al cierre total que es menor a 30%. Para el cierre de persianas se manejaron cuatro niveles como se ve en la Figura 18: El cuarto nivel: la apertura máxima, cuando la humedad relativa sea mayor o igual a 70%. El tercer nivel: cuando la humedad relativa sea mayor o igual a 60%. El segundo nivel: cuando la humedad relativa sea mayor o igual a 50%. El primer nivel: cuando la humedad relativa sea mayor o igual a 40%. Cierre total: cuando la humedad relativa sea mayor o igual a 30%. 84

5.5.9 SELECCION DE SENSOR DE HUMEDAD RELATIVA Para la selección del sensor de humedad relativa a utilizar en el galpón eco parque se tuvieron en cuenta cinco aspectos relevantes que el proyecto requiere y se compararon tres sensores preseleccionados, las características de cada uno de estos se pueden apreciar en la Tabla 22.

Tabla 22. Tabla comparativa de sensores de humedad Tabla comparativa entre el sensor HS1100, RHT03 y HC2S3 Característica HS1100 RHT03 HC2S3 Rango de medida 0 – 100 (%RH ) 0 – 100 (%RH ) 0 – 100 ( %RH) Análoga Análoga Análoga Señal de Salida (Variación de (Variación de (Variación de Voltaje) Voltaje) Resistencia) Rango de Voltaje de alimentación 5 – 10 (VDC) Precisión ±0.5%RH a 25ºC Costo Alta RH: Humedad Relativa Fuente. (Autores, 2015)

3.3 – 6 (VDC) ±0.2% RH a 25ºC Bajo

3.3 – 6 (VDC) ±0.3% RH a 25ºC Alto

Se seleccionó el sensor RHT03, el cual permite tomar las señales térmicas del mundo físico e integra en el mismo un transductor que es capaz de captar la humedad relativa del ambiente de manera simultánea, este sensor trabaja en un rango de temperatura de -40ºC a 80ºC y de humedad relativa (HR) de 0% a 100% con precisión ±0.2%,esta característica y su bajo costo lo hace apto para la implementación en el sistema de ambiente controlado, además da la ventaja de poder captar dos de las variables a tener en cuenta con un mismo sensor, las especificaciones técnicas del sensor RHT03 se encuentran enunciadas en la Tabla 23.

Tabla 23. Especificaciones Técnicas del sensor RHT03

Fuente. (VISHAY_SEMICODUCTOR, 2010)

5.5.10 FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE HUMEDAD RELATIVA Para la medición de humedad relativa se utilizaron 2 sensores instalados al interior del galpón para aumentar la exactitud en el momento de ser mensurada la variable física, en el Anexo C se muestra la instalación eléctrica y ubicación de los sensores del galpón del eco parque. Cada sensor enviará la señal de respuesta de los datos de 40 bits que reflejan la humedad relativa y la temperatura a una entrada serial (Rx) del Arduino. Ya recibidas las señales por el controlador, se utiliza una librería para separar los datos de temperatura y humedad que envía el sensor, luego el controlador mediante una salida digital acciona el motor según sea la necesidad de respuesta del sistema. Por ejemplo, si la humedad relativa es mayor o igual a 60%, el controlador debe accionar el motor hasta el tercer nivel de apertura de las persianas, por lo que aumentara el flujo de aire al interior del galpón reduciendo la humedad relativa. Inmediatamente el Arduino interactúa vía serial con el software LabVIEW®, transfiriéndole los datos recopilados de los sensores, para su posterior visualización en la interfaz grafica.

5.6

TEMPERATURA

Para poder determinar el actuador optimo, se debe saber cuánta energía nos puede entregar y si esta es capaz de suplir las necesidades del sistema, para esto se debe tener en cuenta las pérdidas de temperatura que se puedan presentar en el área en el que se va a trabajar, si es un ambiente abierto, cerrado, con corrientes de aire fuertes, etc. 86

Por la estructura y ubicación del galpón el sistema no presenta grandes pérdidas por corrientes de aire, pero debido a la gran área que representan las paredes internas (75 ), se produce una pérdida considerable de energía térmica, por lo tanto el actuador debe ser capaz de superar estas pérdidas para que siempre quede un remanente de energía al interior del galpón. Las ventanas del galpón están cubiertas por una cortina con fibras de polipropileno tejido, la cual tiene propiedades aislantes y conserva la temperatura al interior del galpón, por esto se supondrá un ambiente cerrado en el cual las únicas perdidas de temperatura sean por paredes, esto nos permitirá hacer una buena aproximación de la capacidad que se requiera para el actuador, este además será sobre dimensionado, para que pueda suplir las pérdidas que se presenten en los momentos que se requiera que se abran las cortinas y estas deberán abrirse solo de ser necesario y por el tiempo más corto posible. Mediante la ecuación 8 podemos determinar el flujo de calor a través de una pared plana, teniendo en cuenta que la conductividad térmica del ladrillo es de 0,8 ° .

0,8

297,15 °K

281,15°K

0,165 m Q

5818,18 w

Se tomaron como temperaturas de referencia, la menor temperatura registrada en Tenjo que es de 8 °C (281,15°K) y como temperatura mayor la temperatura optima a la que deben permanecer las gallinas alrededor de los 24°C (297,15 °K), máximo. En la Figura 24 se puede apreciar el funcionamiento general del sistema de temperatura.

Figura 24. Diagrama funcional del Sistema de Temperatura

Fuente. (Autores, 2015)

5.6.1 SELECCIÓN DEL CALEFACTOR Para la selección del actuador que va a proveer temperatura al interior del galpón se tuvieron en cuenta cuatro aspectos fundamentales y se compararon tres calefactores preseleccionados, los cuales se pueden apreciar en la Figura 24.

Figura 25. a) Duracarft CZ-70E,b) Calefactor Head Storm, c) Pantalla de Calefacción

Fuente. (Autores, 2015)

Las características técnicas de cada uno de los calefactores preseleccionados se encuentran en la Tabla 24. Tabla 24. Tabla comparativa entre calefactor Duracarft CZ-700E, Calefactor Head Storm, Pantalla de Calefacción. Característica Energía que entrega

Tabla comparativa entre el calefactor Pantalla de Calefactor Calefacción Heat Storm Gas Propano:6500W 1500W Gas Natural: 11500W

Duracraft CZ-700E 800/1200/2000W

Principio de Funcionamiento

Radiación

Radiación Bombillos Infrarrojos

Convección

Alimentación

Gas Propano o Gas Natural

Eléctrico

12 (Espacio Abierto) Bajo

10 (Espacio Abierto) Alto

3m Cobertura de a la redonda Calefacción (Espacio Abierto) Costo Alto Fuente. (Autores, 2015)

El sistema de calefacción que se eligió fue la pantalla de calefacción a gas debido a que está diseñada específicamente para aplicaciones enfocadas al Agro, el combustible que se eligió fue gas pues este representa mayor eficiencia que los sistemas eléctricos y teniendo en cuenta las dimensiones e infraestructura eléctrica del galpón la red no soportaría la carga requerida. La capacidad de la pantalla de calefacción que se eligió fue la de 6500w y se implementaran dos de este tipo, debido a que el área de cobertura de estas es de 3m a la redonda, además se optó por un sistema auto controlado con termostato, debido a que este sistema en ocasiones se requiere en otras instalaciones de la finca y de este modo puede ser fácilmente retirado del galpón en el momento que sea necesario y continuara garantizando la temperatura a la cual sea calibrado.

5.6.2 SELECCIÓN DEL SENSOR DE TEMPERATURA El sensor que se utilizara para la medición de temperatura será el RHT03, como se explicó en la sección 5.5.9, pues permite la medición de la humedad relativa del ambiente y simultáneamente de la temperatura en un amplio rango.

5.6.3 FUNCIONAMIENTO DEL SITEMA DE TEMPERATURA La temperatura será controlada únicamente mediante el termostato que posee el actuador, el cual le indica la temperatura a la cual se encuentra y si esta coincide o no con la temperatura a la que esta calibrado, de no coincidir está, el calefactor incrementa o decrementa, según sea el caso, el flujo de calor que emite para que se regule la temperatura. Adicional al termostato que posee el actuador, se utilizara el sensor RHT03, instalado a la altura en la cual permanecen las gallinas, para garantizar que la temperatura que están recibiendo sea la necesaria y que el calefactor esté funcionando correctamente, el sensor RHT03 se comunica de forma serial con el Arduino, enviando el valor de la humedad y la temperatura, y posteriormente envía estas variables mediante comunicación serial a la interfaz gráfica diseñada en LabVIEW® para que puedan ser visualizadas. La regulacion del calefactor debe hacerse de forma manual y con base en la temperatura entregada por la interfaz grafica, ya que esta muestra el valor real de la temperatura al nivel de las gallinas; este procedimiento debe realizarse al inicio de cada linea, para garantizar que se adapte a los niveles de temperatura propios de la especie.

5.7

MONITOREO CON TELEMETRIA

El ambiente controlado del galpón del Eco parque Universitario Pinares, cuenta con una interfaz gráfica que se visualiza en una pantalla HMI (En Español: Interfaz Humano Maquina) que se desarrollo en el programa LabVIEW® de National Instruments, donde se puede visualizar y manipular en tiempo real, las variables al interior del galpón. Este software también permite el monitoreo de variables vía remota mediante su herramienta Web Publushing Tool.

5.7.1 MONITOREO LOCAL El desarrollo de la interfaz grafica se elaboro mediante el software LabVIEW, el cual cuenta con un panel frontal y una seccion especial para desarrollar, en codigo grafico, el algoritmo planeado para el sistema.

5.7.2 Panel Frontal En el panel frontal se visualizan los indicadores de cada variable a manipular; Tomando como referencia la Iluminacion, como se puede apreciar en la Figura 26, se encuentra un indicador grafico del nivel actual de la variable, ademas de un indicador numerico con el valor exacto de esta, tambien se encuentra un boton con el nombre â&#x20AC;&#x153;Iluminacionâ&#x20AC;? en la parte inferior del recuadro de iluminacion, el cual nos permite el acceso a las que llamaremos interfaz detallada (cada uno de los recuadros de las variables funciona de la misma manera con variaciones en los indicadores graficos), de este modo es posible que el operador del galpon realice la interaccion con el sistema.

Figura 26 Interfaz HMI

Fuente. (Autores, 2015)

La interfaz detallada se diseñó con el fin de otorgar al operario información más específica y organizada sobre el comportamiento de la variable y cada una de las variables cuenta con una interfaz detallada propia como se puede ver en la Figura 27, en esta se presenta una gráfica de las mediciones tomadas, indicadores tanto gráficos como numéricos y una tabla que muestra el histórico de las mediciones (la interfaz detallada de cada variable tiene el mismo formato para facilitar la adaptación del operario al sistema). Figura 27. Interfaz detallada de Iluminación

Fuente. (Autores, 2015)

En la interfaz también se encontrara un botón con el nombre “configuración”, mediante el cual se podrán adaptar los niveles de iluminación y temperatura, dependiendo de los requerimientos de la especie.

5.7.3 Pantalla HMI ( Interfaz Humano-Maquina) Para la interfaz de visualizacion de las variables, se utilizo la tablet que aparece en la Figura 28, la cual es de 10”( pulgadas) y cuenta con sistema operativo WINDOWS 8.1, un procesador INTEL ATOM BAIL, memoria RAM de 1GB y un 92

almacenamiento de 32GB. En la tablet se ha instalado la aplicación de la interfaz grafica, la cual permite la interaccion de forma serial con el Arduino, recibiendo los datos recopilados de los sensores para su posterior visualización en el panel.

Figura 28. Interfaz HMI del Galpón Eco parque Universitario Pinares

Fuente. (Autores, 2015)

5.7.4 COMUNICACIÓN LOCAL ENTRE SERVIDOR Y USUARIO La red de instrumentación ubicada al interior del galpón, entrega los datos mensurados por medio de comunicación serial al controlador, en este caso a la plataforma Arduino. Ya obtenida la adquisición de datos de la red sensorica, el controlador envía los datos de forma serial al PC servidor, para visualizarlos en la interfaz gráfica y posteriormente ser compartida a un PC usuario por medio de una red de área local inalámbrica (WLAN). En la Figura 29 se aprecia la conexión y el protocolo final del sistema en una WLAN.

Figura 29. Protocolo de Comunicación Local del Sistema de Ambiente Controlado Del Eco Parque Pinares.

Fuente. (Autores, 2015)

5.7.5 COMUNICACIÓN REMOTA ENTRE SERVIDOR Y USUARIO En la comunicación remota vía internet, el sistema de instrumentación y de control, se comunican de la misma manera como se mencionó en la comunicación local, a diferencia que el PC usuario se comunicara con el PC servidor por medio de un enlace directo en internet. En la Figura 30 se aprecia la conexión y el protocolo final del sistema de comunicación remota.

Figura 30. Protocolo de Comunicación Remota del Sistema de Ambiente Controlado Del Eco Parque Pinares

Fuente. (Autores, 2015)

Nota: “actualmente la ubicación del Galpón Eco Parque Universitario Pinares es en la vereda de la Punta, en el municipio de Tenjo. Para poder ejecutar la aplicación de comunicación remota desde esta zona, se necesita del servicio internet, lamentablemente en la finca NO se dispone de este servicio, por lo cual el aplicativo queda totalmente funcional en la sede central de la fundación Universitaria Agraria De Colombia, donde se realizaron las pruebas finales de comunicación por internet del panel frontal donde se visualizan los indicadores como temperatura, humedad, concentración de amoniaco e iluminación” (Autores, 2015).

5.7.6 RECURSOS HARDWARE PARA LA APLICACIÓN DE LA WEB Para el desarrollo y el cumplimiento del objetivo existen dos recursos de hardware para llevar a cabo la publicación web haciendo del equipo principal un servidor web. Usualmente se requiere que el equipo principal que funcionara como servidor tenga instalada la aplicación de servidor web, pero gracias al software de LabVIEW que posee una aplicación conocida como Web Publishing Tool no hace falta tener este tipo de aplicación instalada en el equipo. A continuación se presentan los dos recursos disponibles para la aplicación.

5.7.7 Conexión directa con el servidor de Internet. Para permitir al computador ser servidor de una aplicación web es necesario en este tipo de desarrollo ponerse en contacto con la empresa prestadora de servicios de internet para que habiliten uno de los puertos en los cuales se podrá hacer dicha aplicación de modo que se consiga una comunicación como la mostrada en la Figura 31. Todo esto conlleva las siguientes circunstancias a tener en cuenta:  Todo lo que sea publicado por dicho puerto será visible por cualquier usuario esto significa que no se tendría control sobre quienes pueden ser los usuarios en la aplicación.  Para que la empresa prestadora de servicio de Internet habilite el puerto es necesario ser dueño o propietario del servicio de internet al cual el computador

servidor está conectado.  Es necesario comprar el derecho o espacio para la web debido a que el IP que se usa es una IP dinámica es decir cambiante y se necesita que sea fija.

Figura 31. Interacción entre el servidor de internet y el pc servidor.

Fuente. (Autores, 2015)

La conexión directa con el servidor de Internet demuestra que no se puede ser servidor cuando se depende de otros para cumplir la función principal, además el costo monetario es mayor; por lo anterior el modelo de hardware a desarrollar en el trabajo de grado y que permite ser el servidor y controlar todos los accesos al sitio web se describe a continuación y se usa el método del Router Switch.

5.7.8 Método Router Switch. Con la configuración apropiada de un Router conectado a internet es posible tener una red propia con la prelación de tener uso privado de la red y no depender de terceros para desarrollar aplicaciones que necesiten apertura de puertos como en este caso con la página web del panel frontal de LabVIEW. El Router que se utilizó para esta aplicación fue un TP-LINK, modelo TTWR741ND versión 4.21,el cual se puede ver en la Figura 32 y maneja una tasa de transferencia de 150 Mbps.

Se realizó una solicitud de una IP pública y una IP privada al departamento de sistemas, de la Fundación Universitaria Agraria De Colombia, con el fin de obtener un vínculo para ingresar a internet desde la red interna de la institución.

Figura 32. Router TP-LINK modelo TT-WR741ND

Fuente. (Autores, 2015)

La dirección IP pública adjudicada para esta aplicación es 190.242.39.37 y la IP privada es 10.181.57.90, la cual se utiliza para la configuración del puerto WAN del Router.

5.7.9 Configuración del Router y apertura de los puertos. Permite crear una red controlada de internet en la cual el PC servidor es quien permite que redes distintas a la de él accedan a su información web como se ejemplifica en la Figura 33.

Figura 33. Configuración de una red controlada.

Fuente. (Vargas & Peña, 2014)

Para que sea posible permitir al computador ser servidor es necesario realizar los siguientes pasos en el Router y en el vi del LabVIEW:

Router: 

  

Se debe ingresar a la WebWizard y configurar la WAN con un tipo de conexión estática (se puede con la IP dinámica pero cabe destacar que esta puede variar en cada conexión). Se configuran los ítem de la LAN en la misma plataforma WebWizard del router Se debe habilitar el puerto donde se ejecuta la página HTML, en este caso el puerto 8081 En seguridad se deshabilita el firewall que trae por default el Router

5.7.10 Configuración del software LabVIEW Para iniciar con la configuración de LabVIEW se ingresa al panel frontal principal y se da click en Tools, options, lo cual abrirá la ventana que permite hacer configuraciones ver Figura 34, incluyendo lo relacionado con la aplicación de publicación web. Figura 34. Configuración del puerto y accesibilidad de la página web

Fuente. (Vargas & Peña, 2014)

Luego se ingresa al Web Server para abrir la ventana relacionada con la web que se puede apreciar en la Figura 35 y se realizan las siguientes configuraciones.

Figura 35. Configuración de equipos usuarios del servicio web

Fuente. (Vargas & Peña, 2014) 99



Se habilita el panel de servicio remoto.



Introducir en HTTP port un puerto que no esté ocupado por ninguna aplicación (se tomó el puerto 8081).



Se Deshabilita en “control time limit” el “use default”, de no hacerlo, éste toma un tiempo por defecto que permite al usuario ver remotamente el panel solo por 300 segundos.



Introducir un tiempo en segundos que se considere prudente para ver el panel frontal desde un lugar remoto. En este trabajo se introdujo un tiempo de (9000 segundos).

Nota: Para esta configuración se tuvo en cuenta lo siguiente: 

LabVIEW por defecto toma el puerto de salida del PC en el que se realiza la aplicación, lo cual genera problema al intentar verlo desde otro PC o elemento utilizado para la observación.



También por defecto permite que todas las direcciones IP puedan ver la página al realizar la llamada de esta por internet. Si se desea que se tenga acceso desde ciertas direcciones se elimina el asterisco ubicado en “Visible VI” y en “Browser Access”, introduciendo en su lugar la IP deseada. Con la configuración realizada correctamente, se puede realizar la publicación en la web de una aplicación desarrollada en el software LabVIEW del siguiente modo



En el panel frontal se ingresa a tolos y luego a Web Publishing Tool, lo que abrirá la ventana que apareeen la Figura 36 para la creación de la aplicación.



En “VI name” se busca el nombre del archivo que contiene la aplicación que se quiere llevar al internet.



Se selecciona el tipo de observación que se desea realizar en internet y si se desea que el observador pueda realizar alguna acción sobre está.

100

Figura 36. Web Publishing Tool ( LabVIEW)

Fuente. (Vargas & Peña, 2014)



Luego se da siguiente para ir a la ventana que permitirá ingresar un nombre, una leyenda superior e inferior para información de aquel que la visite.



Al dar siguiente se llega a una ventana de resumen

donde dice la ruta del

directorio donde quedara el archivo de la página web, el nombre del archivo y la dirección de la página para verse desde un servidor web. 

La dirección que toma es un nombre asociado con el PC seguido del puerto escogido y el nombre del archivo. Se da guardar en disco ya que el nombre que toma se relaciona con la IP desde la cual está conectado el pc servidor. Nota: Para ver correctamente la página se debe tener en cuenta lo siguiente:



Tener instalado el Run-Time engine de la versión del LabVIEW en la que se realizó la aplicación. Este es descargado gratuitamente desde la página de National instruments.



Utilizar como navegador Web Internet Explorer, ya que algunos navegadores no permiten visualizar el contenido de la página.



La dirección de internet es http:// 190.242.39.37: 8081/Galpón.html 101

5.8

BIOSEGURIDAD

Como se menciona a lo largo de sección 2.7, la bioseguridad en un galpón tiene como objetivo principal el prever la entrada y transmisión de agentes patógenos que puedan afectar la salubridad de las aves que se encuentren al interior del galpón. Para aumentar la bioseguridad en el galpón del eco parque universitario pinares se implementó una esclusa, que contiene un sistema automático de lavado superficial de botas, lo que incrementa la bioseguridad al ingreso del galpón, también se implementó un sistema de desinfección de manos disminuyendo la transmisión de patógenos al interior del establecimiento.

5.8.1 ESCLUSA INSTALADA EN EL GALPON ECO PARQUE Una esclusa hace referencia a un pequeño espacio aislado con una sola entrada, cuyo objetivo es aumentar la higiene de las personas que ingresen a un establecimiento que requiera de ello. Para elaborar una esclusa en el galpón, era necesario aislar el espacio de ingreso de las personas con el exterior, para ello se construyó una pared de DRYWALL paralelo a la pared de concreto ya existente con una separación de 1m como se aprecia en la Figura 37a. La pared de DRYWALL es de 2,44m de Ancho x 2,44 de Alto, en la Figura 37b se puede apreciar que en ella se aloja el tablero eléctrico y la interfaz gráfica del sistema.

102

Figura 37. a) Interior de la esclusa

b) exterior de la esclusa

Fuente. (Vargas & Peña, 2014) La esclusa cuenta con un sistema de iluminación automático, es decir, cuando el operador ingrese a la esclusa automáticamente la lámpara se encenderá, cuenta con un sensor de presencia y una luminaria tipo LED, los cuales se pueden ver en la Figura 38. Figura 38. Sistema Automático de Iluminación de la esclusa

Fuente. (Vargas & Peña, 2014)

103

5.8.2 SISTEMA DE LAVADO DE BOTAS AUTOMATICO CONVENCIONAL Los lava botas automáticos son sistemas que normalmente son hechos con cepillos de cerdas gruesas, logrando un rozamiento riguroso en la superficie de la bota, removiendo los desechos adheridos de los laterales y la suela de una bota al mismo tiempo, pero traen consigo una desventaja, el mantenimiento de estos cepillos no es nada económico, ya que después de un periodo de trabajo los hilos de los cepillos pierden su forma y severidad al rozar con la superficie de la bota, forjando un cambio del elemento, este mantenimiento correctivo solo lo pueden llevar a cabo las empresas donde se adquirió el producto o una persona especializada en el sistema. 5.8.3 LAVA BOTAS DEL GALPON ECO PARQUE PINARES El lava botas automático que se implementó en el galpón eco parque, el diseño se puede ver en la Figura 39, tiene como principio de funcionamiento remover residuos adheridos en la superficie de la bota con presión de agua y la ayuda de 2 cepillos, en el Anexo F se encuentra el manual de manejo.

Figura 39. Diseño del lava botas Automático Del Galpón Eco parque Pinares

Fuente. (Vargas & Peña, 2014)

Este sistema consta de tres mangueras de caucho, dos de ellas situadas en los laterales externos del contenedor y una en el centro, estas poseen pequeñas boquillas en forma de abanico que generan la presión final del flujo de agua que llega directo del tanque de almacenamiento, proporcionando una limpieza 104

adecuada a la superficie de la bota, el lava botas se puede apreciar en la Figura 41. El ingreso de flujo de agua al pediluvio es controlado mediante una electroválvula, que es activada por medio de un sensor que se encuentra al interior del lava botas, este sensor funciona cuando el operario o cualquier persona ingrese al pediluvio, poniendo en marcha el sistema por 5 segundos, este tiempo será suficiente para tener una limpieza adecuada en la superficie de las botas y disminuirá el consumo de agua. En el Anexo B se puede visualizar un diagrama de tuberías e instrumentación (P&ID) del sistema para facilitar la comprensión de su funcionamiento.

Figura 40. Lava botas Automático

Fuente. (Vargas & Peña, 2014)

Luego de que el operario haya limpiado la superficie de las botas por medio del lava botas automático, debe remojarlas en una solución yodada y luego pasar por un recipiente que contiene cal, la secuencia de uso del sistema se puede ver en la Figura 41, esto se debe hacer siempre que se quiera entrar al galpón.

105

Figura 41. Secuencia de uso para la limpieza y desinfección de botas

Ingreso al Galpón

Lava Botas Automático

Solución Yodada

Cal

Fuente. (Autores, 2015)

5.8.4 SISTEMA DE DESINFECCION DE MANOS Como sistema de apoyo para incrementar la bioseguridad al interior del galpón se adquirió un dispensador automático de gel antibacterial el cual permite el funcionamiento libre de contacto físico, este dispositivo detecta las manos cuando están delante de él y acciona una válvula que provee la cantidad de gel antibacterial necesaria para la limpieza de las manos.

106

RESULTADOS Y DISCUSION

Se logró un sistema de control de ambiente, en donde se manipulan las variables de temperatura, iluminación, humedad relativa y concentración de amonio de forma que se ajusten a las características específicas de cada especie. También se consiguió aumentar la bioseguridad el ingreso del galpón, mejorando el proceso de limpieza de las botas y desinfección de manos. Se logró implementar un sistema telemétrico para la medición de las variables que se manipulan, de esta forma se pudieron visualizar las variables de forma remota. Las variables de temperatura e iluminación tienen un límite de flexibilidad en donde la temperatura alcanza un máximo de 30º C debido a la fuente de calor que se implementó, y la iluminación artificial nos permite un control del flujo lumínico desde 0 (con las bombillas apagadas y ausencia completa de luz natural) hasta un máximo de 76, 89 . En la Figura 42 se expone la implementación final de la luminaria de panel LED Redondo.

Figura 42. Implementación final de la luminaria de panel LED Redondo

Fuente: (Autores, 2015)

Mediante la optimización del sistema de pediluvio se obtuvo como resultado un incremento en el higiene al ingresar interior del galpón, aplicando una limpieza en las botas, proceso que se realizará mediante el uso de pequeños chorros a 107

presión que entran en contacto directo con la superficie de éstas, y el remojo en una solución yodada para garantizar la efectividad del proceso. En la Figura 43 se expone el proceso que se utilizaba para la desinfección de botas el cual no es muy recomendable, ya que la solución yodada no tiene un flujo rotativo constante, perdiendo efectividad en la limpieza del calzado hasta que sea renovada por el operario del galpón.

Figura 43. Sistema de limpieza al ingresar al galpón antes de realizar el proyecto a) Recipiente de Solución yodada

b) Recipiente de Cal

Fuente: (Autores, 2015) En la Figura 44 se muestra el resultado final del lava botas automático.

Figura 44. Sistema de limpieza al ingresar al galpón después de realizar el proyecto a) Vista Superior

b) Rejilla interior

Fuente: (Autores, 2015)

108

Con la implementación del sistema telemétrico se logró reducir la intervención del hombre al interior del galpón, ya que el operario tiene la facilidad de monitorear y controlar local y remotamente las condiciones de ambiente, para esto se utilizó un sistema SCADA que brinda la facilidad de visualizar e interactuar directamente con el proceso. Mediante la implementación del sistema de lava botas se logró disminuir el ingreso de material contaminado al galpón como se puede apreciar en la Tabla 25, con lo cual se pudo concluir que la eficiencia del sistema antiguo presenta una eficiencia media de 4,47%, mientras que el sistema de lava botas Automático Instalado presenta una eficiencia media de 50,61%. Tabla 25. Eficiencia de los sistemas de lavado de botas

Fuente. (Autores, 2015)

6.1

CIRCUITO ELECTRICO

Para implementar el sistema de control de ambiente fue necesario rediseñar el circuito eléctrico con sus debidos puntos de alimentación para sensores y actuadores, en la Figura 47 se exponen los principales puntos eléctricos y de datos. (En el Anexo C, se presenta el plano eléctrico final)

109

Figura 45. Puntos electricos y de datos a) Puntos eléctricos

c) Punto de datos para el sensor de Amoniaco

b) Tablero Eléctrico

d) Punto de datos para el sensor de Humedad, Temperatura e Iluminación

Fuente: (Autores, 2015)

110

CONCLUSIONES  Con este proyecto se logró adaptar las condiciones ambientales de temperatura, humedad relativa e iluminación al interior del galpón, a las especificaciones propias de las diferentes especies de gallinas ponedoras.  Con la implementación del sistema automático de lavado de botas y desinfección de manos se puede evidenciar que se incrementó la inocuidad al ingreso del galpón en un 46,14%.  Al mantener la concentración de amoniaco (NH3), en niveles inferiores a las 20ppm, se reduce el riesgo de que tanto las aves como los trabajadores presenten problemas de salud asociados a este compuesto.  Gracias al sistema de monitoreo por telemetría se reduce la intervención directa del ser humano en el proceso de producción y por ende el riesgo de ingreso de patógenos al interior del galpón.

111

ANEXOS ANEXO A DIAGRAMA DE PROCESO Y DISEÑO DE INSTRUMENTACIÓN (P&ID) GENERAL

112

ANEXO B: DIAGRAMA DE PROCESO Y DISEÑO DE INSTRUMENTACIÓN (P&ID) DEL LAVA BOTAS

113

ANEXO C INSTALACION ELECTRICA Y DE DATOS

2.5m

10m

2.5m

5m 114

2.5m

Simbología

Descripción Toma Corriente para Motor 110 VAC Lámparas Sensor De Humedad Sensor De Temperatura Sensor De Iluminación Sensor De Amoniaco Sensor De Posición Del motor ( Potenciómetro) Caja De Paso Tablero Eléctrico Tubería De Corriente Alterna Tubería De Datos

115

ANEXO D CONEXION ORIGINAL DE LA CINTA DE LED

116

ANEXO E MODIFICACION DEL CIRCUITO DE LA CINTA DE LED

117

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