2. FUNDAMENTO TEÓRICO

Se habla aquí en general sobre el curso natural y las características principales del huevo biológicamente, las dificultades que se presentan al momento de crear una incubadora y las necesidades que crea dicho fin. Se presentan las bases de la lógica difusa y una descripción detallada de un procedimiento práctico para diseñar sistemas expertos lógicos difusos.

2.1 Bases del proceso de incubación de aves

2.1.1 Parámetros de la incubación

PESO DEL HUEVO.- Los huevos deben llegar a la planta ya clasificados. Una vez descargados, se pasan a la cámara de fumigación. No se deben considerar como incubables los de menos de 52 g. y los de más de 75 g. El peso del huevo esta influido por factores tales como: el tamaño de la hembra, el momento del ciclo de puesta, la subespecie y la alimentación. El peso del huevo determina de forma clara y positiva el peso del pollo al nacimiento, aspecto importante para la vitalidad del recién nacido.  Una media de peso recomendable es de 56-58 gramos, que dan unos pollos al nacer de unos 38 gramos. La fertilidad de la gallina es óptima cualquier fecha del año, por lo que se puede elegir su reproducción según las necesidades del criador.

CUARTO DE ALMACENAMIENTO DEL HUEVO.- Se recomienda entre un 70-80% de humedad relativa del aire para que el huevo evapore la menor cantidad de agua posible.

SALA DE INCUBACION.- Se recomienda que la incubadora esté colocada en una habitación con una temperatura de 23ºC y que esta habitación tenga una buena ventilación pero sin corrientes de aire.

MANEJO DEL HUEVO.- Se deben seleccionar los huevos de las criadoras que estén: ya desarrolladas, maduras y sanas, han sido asequibles al gallo y producen un alto porcentaje de huevos fértiles, no se alteran mucho durante la estación de acoplamiento, se alimentan con una dieta completa y no han tenido problemas de cruza con aves parientes (consanguinidad).

Se incuban solamente los huevos limpios. No se lavan los huevos sucios, ni limpian los huevos limpios con un paño húmedo. Esto quita la capa protectora del huevo y lo expone a la entrada de las bacterias. El lavado y la acción del frotamiento provocan la entrada de micro organismos y de enfermedades a través de los poros de la cáscara.

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No se incuban huevos excesivamente deformes. Se eliminan todos aquellos huevos con cáscaras anormales, cáscaras agrietadas o delgadas. Los huevos con cáscaras delgadas tendrán problemas con la retención de humedad y dificultan el desarrollo apropiado del polluelo. En los huevos agrietados el riesgo de contaminación por microorganismos patógenos es muy elevado.

Se evitan los huevos excesivamente grandes o muy pequeños. Los huevos grandes se incuban mal y los huevos pequeños producen polluelos pequeños.

Se permite que los huevos frescos se calienten lentamente a la temperatura ambiente antes de colocarlos en la incubadora. La precipitación al calentarlos de la temperatura de refrigeración a la temperatura de incubación causa condensación de la humedad en la cáscara de huevo que conduce a enfermedades y a una baja natalidad.

Una vez hecho el precalentamiento, se procederá a cargar la máquina, que ya debe de estar atemperada horas antes. Aquí, los huevos de gallina van a permanecer durante 18 días, momento en el cual se efectuará su transferencia a la nacedora, donde estarán otros 3 días.

DIFERENCIAS GENETICAS.- Las mejoras genéticas en las aves han resultado en una enorme diversificación de razas, cada una de las cuales tiene condiciones de incubación muy específicas. El metabolismo embrionario está cambiando a través de la selección por características de producción. Un óptimo proceso de diferenciación celular y de crecimiento embrionario es absolutamente dependiente de temperaturas específicas de cáscara del huevo. Por lo tanto, es esencial que el encargado de la planta de incubar tenga la posibilidad y habilidad de controlar los puntos predeterminados de temperatura, humedad y oxigenación en forma independiente y con tanta precisión como sea posible.

INCUBACION.- Los cambios que tienen lugar en el huevo durante la incubación se presentan ordenados y regidos por leyes naturales. Estos cambios se producen, con normalidad, solamente bajo niveles determinados de temperatura, humedad, contenido químico del aire y posiciones del huevo. El mismo huevo incubado modifica el medio que lo rodea al emitir calor, gases y vapor de agua hacia el mismo

Los factores que lo integran son: temperatura, humedad, ventilación y volteo de los huevos. De todos ellos la temperatura oficia como el factor de mayor sensibilidad, ya que, inclusive, pequeñas variaciones de sus valores pueden resultar letales para muchos embriones.

TEMPERATURA.- La temperatura de incubación de las especies domésticas se sitúa en un estrecho margen, entre los 37 y los 38ºC. El nivel de temperatura

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óptimo a aplicar depende del tipo de incubadoras, la calidad y el tamaño de los huevos, la edad de los embriones, además de la especie de que se trate. Para las gallinas, la temperatura ideal de incubación es de 37,7 a 37,8ºC [12]. Ver Fig.2.1

Fig. 2.1 Incubabilidad vs Temperatura y Humedad [12].

La temperatura existente en cada momento es la resultante, del equilibrio entre las pérdidas y las ganancias de calor: Circunstancias que pueden alterar la temperatura de la incubadora: las aperturas intempestivas de las puertas de las máquinas, la realización de mirajes, la temperatura ambiente de la sala de incubación, que condiciona las pérdidas de calor a través de las paredes, así como la temperatura de admisión del aire, las regulaciones de ventilación.

Ganancias de calor (Producido por los huevos, Sistema de calefacción) = Pérdidas de calor (Por las paredes, Por la ventilación, Sistema de refrigeración)

Es necesario disminuir el nivel de temperatura durante los últimos días 3 de incubación, ver Tabla 2.1.

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Tabla 2.1 Temperatura de incubación.

PROBLEMAS CON LA TEMPERATURA; MAYOR DE LA NORMAL: Se adelanta el desarrollo embrionario. Hay posiciones anormales de los embriones. Hay gran mortalidad a partir del día 18. Más de 40º C (hay gran mortalidad).

MENOR DE LA NORMAL: Hay un retraso en el desarrollo del embrión. Hay muchas bajas en los primeros 3-4 días.

HUMEDAD.- Se utilizan humedades de un 55– 60%. El fin es provocar al principio de la incubación que el huevo no pierda excesiva agua. A medida que la incubación avanza el huevo va evaporando parte de su contenido de ésta, hasta perder, por término medio, un 11,5% del peso originario del huevo.

En los últimos días de incubación, cuando las reservas de agua del huevo han sido agotadas, es necesario elevar la humedad relativa del aire en el gabinete a fin de evitar el desecamiento de las membranas de la cáscara y del plumón de los pollitos en fase de eclosión, ver Tabla 2.2.

Tabla 2.2 Humedad de incubación.

Las regulaciones de humedad en la nacedora deben tener en cuenta las distintas exigencias del embrión a lo largo de estos últimos 3 días: así, en un primer momento, la humedad debe aumentar para favorecer la rotura de la cáscara y, una vez nacido el pollito, debe disminuir para garantizar su secado (40%).

PROBLEMAS CON LA HUMEDAD; EXCESO HUMEDAD: Pollitos blandos y débiles

FALTA HUMEDAD: Pollitos adheridos a la cáscara

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OXIGENACION.- La oxigenación es necesaria durante la incubación para proporcionar el oxígeno que el embrión va consumiendo y para eliminar el CO2. La tolerancia al dióxido de carbono se ha establecido en un 0,5 %, reduciéndose la incubabilidad proporcionalmente ante cualquier aumento de dicha cantidad. Por encima de 1,5% es mortal. La falta de oxígeno es crucial durante la última semana del desarrollo embrionario, provocando el agotamiento del embrión ya formado y el pollito muere si no puede romper la cáscara.

Proporcionar un aire que contenga un 21 % de oxígeno para contrarrestar el desprendimiento de dióxido de carbono por parte de los huevos es crucial. La tabla muestra los niveles adecuados de ventilación que se requieren, así como el CO2 expulsado por los embriones. Por cuanto la respiración pulmonar del embrión se inicia el día 19º, el control de los intercambios gaseosos se hace especialmente importante en la nacedora [13], ver Tabla 2.3.

Tabla 2.3 Intercambios gaseosos durante la incubación, por mil huevos(Martínez-Alesón, 2003) [2].

Día de incubación 1 5 10 15 18 21Aire (m3/día) 0,07 0,16 0,51 3,06 4,04 6,12CO2 (m3/día) 0,008 0,016 0,054 0,325 0,436 0,651

PROBLEMAS CON LA OXIGENACIÓN; LA FALTA DE OXIGENACIÓN: Produce pollitos débiles y blandos que tienen gran dificultad para salir del cascarón.

CONSEJOS PARA UNA BUENA VENTILACIÓN: Aumentar la ventilación cuando los embriones estén en etapas avanzadas de desarrollo. Asegurarse de que se está eliminando el aire viciado, especialmente en cuartos pequeños o cerrados, de manera que la máquina pueda tomar aire limpio y fresco.

POSICION.- Durante la fase de incubación, los huevos de gallina deben estar colocados imprescindiblemente con el polo fino hacia abajo. En caso contrario, se dificulta la orientación de la cabeza del embrión hacia la cámara de aire (Sauveur, 1988) [13].

En el día 16 después que el embrión tenga un ambiente óptimo para su desarrollo, se coloca en su posición a los 17-18 días de incubación. La posición correcta es con la cabeza bajo el ala derecha con la cabeza hacia la celda de aire en la parte más grande del huevo.

VOLTEO.- En la incubación natural, las aves voltean los huevos que incuban con cierta frecuencia, de ahí que en el proceso de incubación artificial sea necesario repetir este procedimiento mediante medios mecánicos. El desarrollo de los embriones transcurre normalmente sólo cuando los huevos son volteados periódicamente durante los primeros 18 días de incubación. La frecuencia de

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volteo óptima es de una vez cada 1 ó 2 horas. El giro debe alcanzar los 90 grados y los huevos son mantenidos a 45 grados de una vertical imaginaria. Si el huevo no es volteado, la yema tiende a flotar y empuja al embrión contra el cascarón, lo que ocasiona su daño o muerte. A partir del día 18 no deben voltearse. Estos necesitan posicionarse dentro del huevo para picar el cascarón y lo hacen mejor si están quietos cuando este proceso tiene lugar.

La frecuencia adecuada en el volteo a un ángulo de 45 grados ayuda al embrión a colocarse en su posición para nacer. La ausencia de volteo lleva aparejada la adherencia del embrión a las membranas o a la yema, además de una mayor incidencia de mal posicionamiento.

Parece ser que los huevos de gallinas más viejas sufren más daños por un volteo insuficiente durante la incubación ya que, al ser la cáscara más delgada, hay mayores posibilidades de adherencias debido a la mayor pérdida de agua.

No obstante, de otros estudios (Deeming, 1989; et al Pullet, 1991) [13] se desprende que una falta de volteo no es la principal causa de problemas embrionarios. Parece ser que peores consecuencias se dan por: una menor utilización del albumen, una deficiencia de fluido embrionario, una menor superficie de intercambio de oxígeno del corioalantoide, un desarrollo vascular más lento.

2.1.2 Periodos críticos de la incubación

El 60 % de la mortalidad ocurre en dos periodos bien concretos. El primero abarca los primeros 3-4 días de incubación y es debido a problemas de los huevos como: falta de fertilidad, poco vigor, consanguinidad. Para evitar inconvenientes se utilizan los ovoscopios, aparatos provistos de una luz mediante la cual podemos ver el interior de los huevos al trasluz. Esta operación se realiza entre el quinto y séptimo día de incubación, lo que permite retirar los huevos claros o abortados.

El segundo periodo es en los 3 últimos días y es debido a problemas con la regulación de la: temperatura, humedad, oxigenación o volteo. El período crítico es cuando se produce el cambio en la respiración del embrión, que pasa de ser corioalantoidea a pulmonar, es el momento en que se produce el 50% de las muertes independientemente si los resultados hubieran sido malos o exitosos. El período en el cual el embrión cesa de respirar a través de la membrana para comenzar a hacerlo por medio de sus pulmones dura cerca de 6 horas, de no ocurrir se produce la muerte embrionaria. Las causas son variadas desde problemas ocurridos en la transferencia a nacedoras, desinfección incompleta, falta de oxígeno o humedad, temperatura incorrecta, posición inadecuada o se retrasa o adelanta la extracción de los pollitos en la incubadora.

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MIRAJE.- El miraje tiene como finalidad el detectar huevos claros o embriones muertos precozmente. Estos huevos deberán ser eliminados para evitar una fuente de contaminación. El miraje se efectúa el día 7 de incubación, se evitaran los efectos de un cambio térmico brusco, tomando todas las precauciones posibles. El miraje se hará con un ovoscopio, Fig. 2.2.

El miraje al día 18º tiene como objetivo evitar una acumulación excesiva en las nacedoras, así como controlar la buena marcha de la incubación, aunque también presenta el inconveniente de su elevado costo en mano de obra. Cuando se efectúa, debe realizarse sin brusquedades y con rapidez, para evitar, el enfriamiento de los huevos.

Miraje durante la incubación [14]:

1. Ninguna señal de desarrollo = huevo no fértil.2. Fértil con vasos sanguíneos.3. Mancha roja o negra = muerto precozmente.4. Embrión con anillo rojo = muerto precozmente.5. Embrión vivo con el pico en la cámara de aire = eclosión dentro de 48 horas.6. Evolución normal de la cámara de aire en función de los días de incubación.

Fig. 2.2 Miraje a trasluz con un ovoscopio [14].

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2.1.3 Manejo de la incubadora los 3 últimos días de incubación

Temperatura: Se reduce hasta 36.7º C, pues en los últimos días, el huevo desprende más calor.

Humedad: Se hace aumentar la humedad relativa hasta 70%. Una vez iniciada la eclosión, la humedad se aumenta hasta el 85% (esto facilita la rotura del cascarón). Se pueden rociar los huevos con agua tibia, a partir del día 19 hasta la eclosión de los mismos, a fin de facilitar la rotura de la cáscara por los pollitos. Cuando la eclosión ha concluido, la humedad relativa se reduce bruscamente hasta el 40 %, cosa que favorece el secado del pollito.

Ventilación: Se debe aumentar la ventilación para eliminar el incremento de CO2 generado por los embriones.

Volteo: A partir del día 18 de incubación se dejan de voltear los huevos, pudiéndose ver a partir del día 19 y 20 huevos picados e iniciándose la eclosión de los pollitos.

ECLOSION.- Primero, hacen un agujero a través de la membrana interna hacia la cámara de aire. Llegado el momento de la eclosión es necesario ajustar la humedad a 85% y esperar. Si escuchamos cuidadosamente, se oirán golpes suaves (como sonidos acompasados). El huevo comenzará teniendo una pequeña rajadura y con las horas esos sonidos serán más fuertes. Después de unas horas mas, durante las cuales el pequeño agujero no se agrandará demasiado, se podrá escuchar un leve piar. Esto indica que los pulmones están trabajando, y que el polluelo está respirando. Después de otras horas el polluelo realiza una pequeña línea de agujeritos que eventualmente formarán un círculo en la cáscara. La eclosión completa puede llevar aproximadamente 24 horas.

Si no se presentan inconvenientes, no es necesario ayudar; esto significa que no hay que romper la cáscara y extraer al polluelo. Si se le ayuda prematuramente se corre el riesgo de que la yema no halla sido reabsorbida, causando la muerte del polluelo. Es preferible que tenga que realizar un trabajo duro y prolongado para poder así tener un nacimiento saludable y absorber el saco vitelino. Si el polluelo aparece pegado a las membranas de la cáscara para liberarlo se le añaden unas gotas de agua destilada.

El reflejo del polluelo que lo lleva a picotear la cáscara tiene su origen en una falta de oxígeno y un exceso de dióxido de carbono dentro del huevo. Por eso no se debe romper la cáscara prematuramente, al no producirse el picoteo, origina un polluelo débil.

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ATENCIONES QUE EXIGE EL POLLITO RECIÉN NACIDO.- El nacimiento es un proceso que dura de dos a tres días. Se debe tomar en cuenta que los huevos en el momento de su nacimiento necesitan una gran cantidad de humedad, para su fácil rotura por parte del polluelo. Cuando se inicie la rotura de las cáscaras se debe aumentar la humedad al 85 %, para favorecer el nacimiento de los pollos.

Por término medio trascurren entre 2 y 3 días desde que el pollito irrumpe en la cámara de aire hasta su nacimiento. El proceso de nacimiento se puede ver interferido por problemas nutricionales, genéticos, de mal posición o patológicos. Así mismo, la falta de estímulos exteriores puede retrasar el nacimiento de los pollos y afectar a la propia integridad física de los mismos. En el proceso de incubación natural, los pollos son estimulados durante el proceso de eclosión por los propios animales adultos y demás pollitos de la nidada.

Como práctica de manejo se recomienda vigilar los huevos todos los días, facilitando el nacimiento de aquellos pollos con dificultades, mediante la realización de un orificio de 2 cm. en la cáscara a nivel de la cámara de aire. Pero esto no debe tomarse como una práctica rutinaria, pues en la medida de lo posible los pollos han de nacer por sí solos.

No se retirará ninguno de la incubadora hasta que hayan pasado 24 horas delnacimiento para que sequen perfectamente el plumón. Pasado este tiempo se colocan en una caja con luz, donde tengan calor, agua y alimento apropiado.

FERTILIDAD E INCUBABILIDAD.- La fertilidad hace referencia al número de huevos embrionados, una vez desechados los huevos claros, tras el primer miraje el día 7 de incubación, en relación al número de huevos colocados en la incubadora. Es decir, la fertilidad muestra la aptitud de unión del espermatozoide y el óvulo. De lo indicado se deduce que una pobre fertilidad sólo puede ser imputable a los reproductores.

Por el contrario, la incubabilidad hace referencia al éxito del proceso de incubación o lo que es lo mismo, la capacidad del huevo para eclosionar, produciendo un pollo viable.

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2.1.4 Causas probables de una baja incubabilidad

DEFICIENCIAS NUTRICIONALES.- Las deficiencias nutricionales más comunes reconocidas, se deben a deficiencias de vitaminas y comúnmente estas deficiencias ocasionan pollitos débiles que tienen dificultad durante el nacimiento, sin mostrar otros síntomas. La alimentación de la hembra influye tanto en la calidad como en el tamaño del huevo y, consecuentemente, en la viabilidad y peso al nacimiento del pollito. Es muy importante mantener una dieta equilibrada durante toda la época de reproducción, evitando carencias vitamínico-minerales. Determinadas avitaminosis y carencias minerales pueden ocasionar importantes alteraciones en el embrión. De ahí que se aconseje incluir un corrector vitamínico-mineral en la dieta de los reproductores

ESTADO SANITARIO DE LOS REPRODUCTORES.- La presencia de agentes infecciosos a lo largo del oviducto y en la cloaca puede provocar la contaminación de los huevos, dando lugar a una baja tasa de incubabilidad, una elevada mortalidad embrionaria y a un menor peso de los pollos al nacimiento.

Por otra parte, cualquier proceso patológico que provoque alteraciones metabólicas importantes y una disminución en la absorción de los nutrientes de la dieta, puede ocasionar alteraciones en el desarrollo embrionario. En este sentido, hemos de vigilar la presencia de parásitos internos, ya que en ocasiones son los responsables de una menor disponibilidad de nutrientes por parte del organismo animal. Por ello, se recomienda la desparasitación regular de los reproductores [15].

ANORMALIDADES EN LA INCUBACION.- Cuando los huevos son inspeccionados con el ovoscopio el día 18. Se debe encontrar un número reducido de embriones muertos. Algunos de estos pueden asociarse a los huevos con cáscaras de mala calidad o dañadas que no fueron retirados durante la primera inspección. Al romper los huevos se puede encontrar huevos infectados que pueden ser detectados por su color anormal y por su mal olor.

Cuando los huevos que no han incubado se examinan hay varios tipos de anormalidades probables. Los embriones mal posicionados. Los embriones excesivamente mojados o secos indican que la humedad ha sido incorrecta durante la incubación, un periodo muy largo del almacenaje, un almacenaje inadecuado (seco) o a huevos con cáscara de baja calidad. Algunos embriones genéticamente anormales deben esperarse a estas alturas, pero si el número es excesivo se recomienda una investigación mas detallada.

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2.1.5 Síntomas. Causas probables: Sugerencias

Huevo transparente. Infertilidad. Muerte del embrión a los dos días: usar un macho más vigoroso.

Leves anillos de sangre. Temperatura impropia. Mal cuidado de los huevos: Chequear la exactitud del equipo, Chequear las instrucciones operativas antes de la incubación.

Muchos embriones completamente desarrollados, pero muertos. Embriones débiles. Mala alimentación de los adultos. Mala ventilación. Incorrecta temperatura. Evitar la crianza. Chequear vitaminas y minerales en los alimentos de los adultos. Chequear la oxigenación.

Malas posturas de los polluelos. Posturas incorrectas del huevo. Colocar los huevos en ángulos correctos. Chequear el volteo.

Polluelos con cuerpos débiles o blandos. Bajo promedio de temperatura. Chequear el equipo.

Muerte o mal olor. Poca ventilación. Infecciones en el incubador: Chequear la oxigenación. Limpiar la incubadora antes y después de usarla.

Cáscara pegada al polluelo. Huevo muy seco. Chequear la humedad.

Como se observa de este resumen, la mayoría de los problemas son causados por fallas en el equipo o fallas humanas. Tratar de ser lo más perfecto posible en el manejo de las técnicas y estos problemas se eliminarán

2.2 Control con lógica difusa

Usar lógica difusa como método de control responde a la tarea de modelar los sistemas del mundo real. Cuando se requiere un modelo de gran exactitud, generalmente estos resultan demasiado complejos por la incertidumbre o la no linealidad. Bajo estas condiciones vale la pena usar lógica difusa porque con ella se esta en capacidad de diseñar un sistema de control exacto y preciso con la característica de que una vez comprendidos sus conceptos el diseño es rápido. Y en muchos casos en lugar de conocimiento experto, es suficiente hacer experimentos del tipo prueba y error para optimizar al sistema.

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El control difuso es interesante porque ofrece una mejor respuesta a variables no esperadas y condiciones de no linealidad, respuestas mas adecuadas en presencia de perturbaciones y ruido. Y presenta además un funcionamiento amigable, pues en sus bases utiliza conceptos e ideas que permiten aprovechar el conocimiento heurístico humano para el control de un proceso, por medio de la representación matemática del lenguaje a través de la formulación de reglas sencillas, sin la formulación de un modelo matemático exacto y preciso.

Cuando se diseña un control difuso se presentan varios problemas como son la selección de: variables de entrada, funciones de membresía, reglas de inferencia y singletones. Además la selección del método de evaluación de reglas y el método de defusificación. De estos el principal problema es la determinación de las reglas de inferencia, lo cual se resuelve con un análisis de todas las posibles combinaciones de las variables de entrada y sus valores lingüísticos. Y utilizando el conocimiento humano se definen las respuestas deseadas y con esto las reglas.

2.2.1 Bases de lógica difusa Para diseñar sistemas de control basados en lógica difusa es recomendable comprender a fondo los fundamentos de la lógica difusa. En sus bases podemos encontrar a la teoría de conjuntos. Podemos diferenciar los conjuntos clásicos y los conjuntos difusos. Un conjunto clásico se caracteriza por que tiene límites bien definidos y cada elemento del universo admite solo dos valores de pertenencia: pertenece, no pertenece.

Un conjunto difuso es un concepto más amplio, los conjuntos clásicos están incluidos en los conjuntos difusos. Los conjuntos clásicos son los conjuntos difusos llevados al límite. Muchas ideas son usadas empíricamente antes de hacer conciencia de ellas. Este es el caso de los conjuntos difusos.

Los conjuntos difusos tienen que ver con el lenguaje humano. En el lenguaje humano podemos diferenciar variables lingüísticas y sus valores. Un ejemplo de una variable lingüística es la palabra agua y sus valores pueden ser: fría, tibia, caliente. Cada una de estas palabras, fría, tibia, caliente, representa a un conjunto difuso. Otro ejemplo de variable lingüística es la palabra temperatura y sus valores lingüísticos pueden ser alta, media, baja.

Un conjunto difuso se caracteriza porque permite incertidumbre, sus límites no están bien definidos y la pertenencia es una cuestión de grado. Por ejemplo agua tibia. En algunos casos la temperatura del agua es tal que tenemos duda de si esta tibia o no, mas sin embargo aceptamos que esta tibia. También entre una persona y otra existen discrepancias respecto a los límites de temperatura para agua tibia. Decimos entonces que para cada temperatura del agua, dada agua pertenece al conjunto tibia en cierto grado.

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Es importante ver que los conjuntos por si solos son una teoría simple y útil, pero pobre, y que necesitan de una lógica que los pueda calificar. Es así que la lógica crece a partir de ellos. Y se pueden diferenciar dos tipos de lógica: la lógica clásica y la lógica difusa.

De manera analógica a los conjuntos clásicos, la lógica clásica admite solo dos valores de verdad: cierto, falso. Por ejemplo: V= {8 es un numero par} cierto, S= {9.5 es un numero entero} falso. La lógica difusa se caracteriza porque es una lógica multivaluada, existen grados de verdad, y permite el razonamiento aproximado. La lógica difusa modela mejor al razonamiento humano. Por ejemplo sea la proposición S= {el agua esta tibia}. Si medimos la temperatura del agua y vemos que tiene 19 °C, decimos que la proposición S es verdadera en 0.2. Sin embargo si medimos la temperatura del agua y vemos que tiene 25 °C, decimos que S es verdadera en 0.8. Y cuando la temperatura del agua es 27 °C, decimos que S es verdadera en 1.0. Es decir completamente verdadera.

El grado en que un elemento pertenece a un conjunto difuso es un valor del intervalo [0, 1]. 0 corresponde a de plano no pertenece y 1 corresponde a con toda certeza que pertenece. Cuando existe duda el grado de pertenencia tiene correspondencia con algún valor intermedio. Existe una relación directa entre el grado de pertenencia y el grado de verdad. El grado de verdad de la afirmación de que un elemento pertenece a un conjunto difuso corresponde directamente al grado de pertenencia. Es decir que el grado de pertenencia y el grado de verdad son iguales. Una función de membresía es la representación grafica de un conjunto difuso. Las formas mas comunes están representadas en la Fig. 2.3.

Fig. 2.3 Tipos de funciones de membresía

Un conjunto difuso se compone de una variable lingüística y de un valor lingüístico. Por ejemplo la variable “Ciudad” y el valor lingüístico “populosa”

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generan el conjunto difuso “Ciudad populosa”. Una representación grafica del conjunto difuso “Ciudad populosa” es la función presentada en la Fig. 2.4.

Fig. 2.4 Función de membresía del conjunto difuso “Ciudad populosa”

Se acostumbra dibujar varias funciones de membresía en una sola grafica. Por ejemplo considérese la variable lingüística “Temperatura” y los valores lingüísticos “Baja”, “Media”, “Alta”. Una representación grafica de estos conjuntos difusos se presenta en la Fig. 2.5.

Fig. 2.5 Funciones de membresía

En la teoría de conjuntos clásicos se definen dos operaciones básicas: la unión y la intersección. Estas operaciones se pueden hacer extensivas para los conjuntos difusos, solo que en la definición de las operaciones participa la idea de grado de pertenencia. De esta manera los conjuntos clásicos quedan incluidos en las operaciones de conjuntos difusos.

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La unión de dos conjuntos difusos, A y B, se forma tomando el grado de pertenencia mayor de ambos conjuntos para cada valor x del universo de discurso X.

La intersección de dos conjuntos difusos, A y B, se forma tomando el grado de pertenencia menor de ambos conjuntos para cada valor x del universo de discurso X.

Un sistema experto es un programa de computadora que simula el proceso de razonamiento de un experto humano. Los sistemas expertos surgieron como una necesidad de implementar la inteligencia artificial. Un sistema experto lógico difuso es la combinación del conocimiento de un experto y de la lógica difusa.

Un sistema experto lógico difuso se compone de dos partes: una base de conocimiento y un motor de inferencia. La base de conocimiento es un conjunto de reglas, del tipo (SI), (ENTONCES), que se construye usando el conocimiento del experto. El motor de inferencia es un programa codificado en algún lenguaje de programación y se compone de tres partes: fusificaciόn, evaluación de reglas y defusificaciόn, Fig. 2.6.

Fig. 2.6 Motor de inferencia

Cuando se trabaja con un sistema de procesamiento, se habla de un mundo real y un mundo digital. En el caso de procesamiento con un motor de inferencia tenemos un espacio real y un espacio difuso. La fusificaciόn es la etapa que convierte valores reales en valores difusos. La fusificaciόn convierte un valor exacto a su correspondiente valor difuso usando para esto las funciones de membresía. El valor difuso es el grado de pertenencia de un valor exacto a un conjunto difuso. Después de la fusificaciόn se tendrá un valor difuso por cada conjunto difuso. En la Fig. 2.7 si la Temperatura = 85, los grados de pertenencia son Media = 0.5, Baja= 0.5 y Alta= 0.

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Fig. 2.7 Fusificación y grados de pertenencia

El conocimiento del experto se usa para construir un conjunto de reglas. Las reglas son implicaciones lógicas. Estas reglas regirán el comportamiento del sistema. Para definir el conjunto de reglas se construye una matriz de inferencia. La matriz de inferencia representa a todas las posibles combinaciones de los conjuntos difusos de las variables de entrada, Fig. 2.8.

Fig. 2.8 Matriz de inferencia

En la matriz de inferencia cada cruce de una fila con una columna forma una regla. Si existen tres filas y tres columnas, existirán nueve reglas (SI), (ENTONCES). Un ejemplo de una regla tomada de la Fig. 2.8 es la siguiente: (SI) Tref es BAJ (Y) Error es NEG, (ENTONCES) Potencia es NUL. La evaluación de reglas consiste en asignar un valor difuso a cada uno de los conjuntos difusos de salida. Para ello se usan los valores de la etapa de fusificación y el conjunto de reglas en combinación con un método de evaluación

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de reglas. Un método de evaluación de reglas es el método Max-Min. En este método el conjunto difuso de salida, de cada regla, toma el menor valor de sus antecedentes. Después de esto algunos conjuntos difusos se repetirán. En estos casos se toma el mayor valor de ellos y se le asigna al conjunto repetido.

Una vez concluida la evaluación de reglas cada conjunto difuso de salida tendrá asignado un grado de pertenencia. Para convertir estos grados de pertenencia a un valor exacto se usa un método de defusificaciόn. Un ejemplo de ellos es el método del centroide. En este método se usan singletones y los grados de pertenencia para obtener un valor exacto que representa a la respuesta del sistema. Un singleton es el peso que el experto le asigna a cada conjunto difuso de salida. Este peso responde a la pregunta ¿Qué tanto es Media? ¿Qué tanto es alta? En el método del centroide cada grado de pertenencia se multiplica por su singleton, se suman todos estos productos y el resultado se divide entre la suma de los grados de pertenencia, Fig. 2.9.

Fig. 2.9 Método del centroide

2.2.2 Método de diseño

El método de diseño del control difuso que se usara en el presente trabajo es el publicado en la Semana Nacional de Ingeniería en octubre de 2007 [16]. Aquí se presenta una descripción detallada de dicho método. El método consiste de ocho etapas y en el caso de la incubadora puede aplicarse para el control de la temperatura o para el control de la humedad del aire.

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Primera etapa.- Definir las entradas que garanticen la mejor respuesta del sistema. Esto se hace experimentalmente por prueba y error, o utilizando el conocimiento del diseñador. En la literatura se usan dos tipos de variables de entrada para controles de temperatura [19]; [Tref, Error] y [Error, ∆Error]. Aquí se usara el primero de estos y se proponen como entradas el valor de referencia del parámetro a controlar Xref y el Error. Aquí también se define la variable de salida, que generalmente es potencia entregada a una carga Pot. En la Fig.2.10 se presentan las entradas seleccionadas y la variable de salida. Las entradas son el valor de referencia del parámetro a controlar Xref y el Error. Xmed es el valor medido del parámetro de interés. Para calcular el Error se usa el valor de referencia y el valor medido; Error= Xref- Xmed.

Fig. 2.10 Sistema de Control Difuso.

Segunda etapa.- Proponer los conjuntos difusos para las variables de entrada y la variable de salida. Generalmente son suficientes tres conjuntos difusos para las variables de entrada. Aquí para Xref se seleccionan: BAJA, MEDIA, ALTA, relacionados con el conjunto de etiquetas {BAJ, MED, ALT}. Y para el Error se seleccionan: POSITIVO, CERO, NEGATIVO con etiquetas {POS, CER, NEG}. Para la variable de salida generalmente son suficientes de tres a cinco conjuntos difusos. Aquí para la salida se seleccionan cuatro: NULA, BAJA, MEDIA, ALTA y se relacionaran con el conjunto de etiquetas {NUL, BAJ, MED, ALT}. Tercera etapa.- Dibujar las funciones de membresía y seleccionar el universo de discurso; es decir determinar la forma de la gráfica de la función de membresía de cada conjunto difuso del sistema. Las formas más comunes y suficientes son como las presentadas en la Fig.2.11. En el método aquí descrito [16] se propone hacer que el valor deseado de Xref coincida con el punto máximo del conjunto media. Con esta consideración los grados de pertenencia de Xref a los conjuntos difusos son: MED= 1, BAJ= 0, ALT= 0. Esta simplificación no afecta al control difuso y tiene la ventaja, como se verá mas adelante, de que permite hacer una evaluación de las reglas sin tener que conocer los valores de las variables Xref y Error. También reduce el conjunto de reglas a tres. Y además permite obtener como resultado final una sola ecuación, la cual simplifica significativamente los cálculos y el diseño.

En la Fig.2.11 se presentan las funciones de membresía para la variable Xref. Si el valor deseado del parámetro a controlar Xref, se hace coincidir con el valor

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máximo del conjunto difuso MED, esto es Xref= 60, entonces se simplifican los cálculos. También en la Fig.2.11 se presentan las funciones de membresía para la variable Error. Aquí para la variable Error se considera como suficiente un universo de discurso de 4, pero vale la pena recordar que el diseño de un control difuso se basa en prueba y error. Por tanto en caso de obtener resultados deficientes, el universo de discurso deberá ajustarse empíricamente.

Fig. 2.11 Funciones de Membresía para los conjuntos difusos de entrada. Cuarta etapa.- Construir una matriz de inferencia difusa en base al conocimiento del experto humano y usar esta matriz para construir el conjunto de reglas. Cuando se trabaja con control difuso comúnmente se habla de un experto humano, pero la aplicación de lógica difusa tiene la ventaja de que en muchos casos es suficiente un análisis del comportamiento esperado del sistema para construir esta matriz o construirla por semejanza a las matrices de inferencia presentadas en la literatura.

En la Fig.2.12 se presenta un ejemplo de una matriz de inferencia difusa para las variables Xref y Error. Esta matriz esta compuesta por un conjunto de nueve reglas. Las reglas se construyen según las combinaciones y la respuesta esperada a cada combinación. Por ejemplo, considérese la combinación: Xref es bajo y Error es negativo. Aquí un Error negativo sucede cuando el valor medido sobre pasa al valor de referencia. Es decir que no existe la necesidad de más potencia. Entonces esperamos que para estos casos la potencia sea ninguna, es decir nula. Esto da lugar a la regla 1. Y con un razonamiento similar se construyen el resto de las reglas basado en las distintas combinaciones y el valor de salida esperado.

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Regla 1. SI {Xref es BAJ Y Error es NEG}, ENTONCES {Pot es NUL}

Fig.2.12 Matriz de Inferencia Difusa. Quinta etapa.- Evaluar el conjunto de reglas. Cada regla es una implicación, la cual se compone de dos antecedentes conectados por un operador AND y un consecuente. Dada esta estructura, la evaluación de una regla consiste en comparar los grados de pertenencia de los antecedentes y tomar el menor de ellos para asignar este valor como grado de pertenencia al consecuente. Los grados de pertenencia son valores del intervalo cerrado [0, 1]. Además se considera que todas las reglas están conectadas por un operador OR. Dada esta consideración, para los conjuntos difusos de salida que se repitan se comparan sus grados de pertenencia, y se toma el mayor de estos para asignar este valor como grado de pertenencia único de dicho conjunto difuso de salida.

En la etapa tres se hizo coincidir el valor deseado de Xref con el valor máximo del conjunto Media, lo cual arrojo como grados de pertenencia de Xref a los siguientes: μMED = 1, μBAJ = 0, μALT = 0. Esta simplificación permite evaluar al conjunto de reglas sin conocer los grados de pertenencia de la variable Error y considerarlos como no importa. Evaluando cada regla se obtienen las igualdades 2.1- 2.9. En estas ecuaciones x es no importa y representa a cualquier valor del intervalo [0, 1].

μNUL1= MIN{μBAJ, μNEG}= MIN{0, x}= 0 (2.1)μNUL2= MIN{μBAJ, μCER}= MIN{0, x}= 0 (2.2)μNUL3= MIN{μMED, μNEG}= MIN{1, x}= x (2.3)μNUL4= MIN{μALT, μNEG}= MIN{0, x}= 0 (2.4)μBAJ = MIN{μMED, μCER}= MIN{1, x}= x (2.5)μMED1= MIN{μBAJ, μPOS}= MIN{0, x}= 0 (2.6)μMED2= MIN{μALT, μCER}= MIN{0, x}= 0 (2.7)

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μALT1= MIN{μMED, μPOS}= MIN{1, x}= x (2.8)μALT2= MIN{μALT, μPOS}= MIN{0, x}= 0 (2.9)

Para el conjunto de salida NUL se tienen cuatro valores. De aquí se obtiene una igualdad representada por la ecuación 2.10.

μNUL= MAX{μNUL1, μNUL2, μNUL3, μNUL4}= MAX{0, 0, x, 0}= x (2.10)

Para el conjunto de salida BAJ se tiene solo un valor. Para el conjunto de salida MED se tienen dos valores. De aquí se obtiene una igualdad representada por la ecuación 2.11.

μMED= MAX{μMED1, μMED2}= MAX{0, 0}=0 (2.11)

Para el conjunto de salida ALT se tienen dos valores. Y con esto se obtiene una igualdad representada por la ecuación 2.12.

μALT= MAX{μALT1, μALT2}= MAX{x, 0}= x (2.12)

Hacer que el valor deseado Xref coincida con el punto máximo del conjunto media, y que los grados de pertenencia para los conjuntos baja y alta sean cero, simplifico los cálculos y el conjunto de reglas prácticamente se redujo a tres. El conjunto de reglas se redujo a las reglas de la segunda fila de la matriz de inferencia, que son las únicas reglas con salidas distintas de cero.

SI {Xref es MED Y Error es NEG} ENTONCES {Pot es NUL}

SI {Xref es MED Y Error es CER} ENTONCES {Pot es BAJ}

SI {Xref es MED Y Error es POS} ENTONCES {Pot es ALT}

Fig. 2.13 Evaluación de reglas

En la Fig.2.13 se incluyen los grados de pertenencia. Si se considera que Xref tiene asociado un grado de pertenencia igual a 1, el grado de pertenencia del

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consecuente siempre será el del Error, puesto que se elige el mínimo de los dos y 1 es el grado máximo. Una vez que se evalúen todas las reglas 1- 9, y considerando las igualdades 2.10- 2.12, cada conjunto de salida tendrá asociado un grado de pertenencia indicado por las igualdades 2.13- 2.16. Así los grados de pertenencia de los conjuntos difusos de la variable de salida quedan únicamente en función de los grados de pertenencia de uno de los conjuntos difusos de entrada, los de la variable Error.

μNUL= μNEG (2.13)μBAJ= μCER (2.14)μMED= 0 (2.15)μALT= μPOS (2.16)

Sexta etapa.- Definir y simplificar la formula para la defusificación. Un método que se adapta bien para fines de defusificacion es el método del centroide [17, 18]. En este método cada grado de pertenencia se multiplica por su singleton, se suman todos estos productos y el resultado se divide entre la suma de los grados de pertenencia. La formula para la defusificacion esta dada por la ecuación 2.17. Sustituyendo 2.13- 2.16 en 2.17 y haciendo cálculos se obtiene 2.18. En la Fig. 2.11 se puede observar que siempre μNEG +μCER +μPOS= 1, con esta simplificación se obtiene la ecuación 2.19.

Pot= (μNUL*NUL+ μBAJ*BAJ +μMED*MED +μALT*ALT)/ (μNUL +μBAJ +μMED +μALT) (2.17)

Pot= (μNEG*NUL+ μCER*BAJ + 0*MED+μPOS*ALT)/ (μNUL +μBAJ +μMED +μALT) (2.18) Pot= (μNEG*NUL+ μCER*BAJ +μPOS*ALT) (2.19)

Séptima etapa.- Seleccionar los singletones para los conjuntos difusos de la variable de salida. Un singleton es el peso específico que el experto le da a cada conjunto difuso de salida en el universo de discurso de la variable de salida. En cada control difuso el valor asignado a los singletones es muy importante y se ve reflejado en los resultados experimentales de control. Cambiando el valor de los singletones, a prueba y error, el diseñador tiene la posibilidad de lograr un control fino de manera fácil y rápida. Un singleton responde a la pregunta: ¿Qué tanto es baja?, ¿Qué tanto es media?, Si al inicio no se tienen preferencias, se puede iniciar con los siguientes valores; NUL= 0%, BAJ= 10%, MED= 50%, ALT= 100%. Si se considera un peso igual a cero para el singleton NUL se obtiene la ecuación 2.20.

Pot= (μCER*BAJ +μPOS*ALT) (2.20)

La ecuación 2.20 es la ecuación del control difuso. En esta formula se visualiza la importancia de los singletones BAJ y ALT. Dado que ALT esta multiplicando a

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μPOS, este influye en la rapidez con la que el sistema llega al valor deseado Xref. Dado que BAJ esta multiplicando a μCER, este valor influye en el equilibrio del sistema una vez alcanzado el valor Xref. Es decir que el valor asignado a BAJ debe corresponder exactamente al porcentaje de potencia necesario para mantener un equilibrio entre lo entregado al sistema y sus pérdidas. Estos valores son ajustados a prueba y error hasta lograr una respuesta optima del sistema.

Octava etapa.- El ultimo paso es usar la formula del control difuso para la programación. Las funciones de membresía para la variable Error, definidas y dibujadas en la tercera etapa, Fig.2.11, sirven de referencia para calcular los grados de pertenencia μCER y μPOS en todo el universo de trabajo. Estos valores se sustituyen en la ecuación 2.20, junto con los valores de los singletones BAJ y ALT, para calcular el porcentaje de potencia que debe ser entregado a la carga Pot. El método presentado puede aplicarse para controlar la temperatura o para controlar la humedad del aire. En estos casos en lugar de (Xmed, Xref) se usan (Tmed, Tref) o (Hmed, Href.), según sea el caso.

2.3 Humidificación del aire

En la literatura existen discrepancias respecto a los niveles de humedad aplicados en las distintas etapas de la incubación. Aquí se propone que la humedad permanezca de 55 a 60% hasta el día 18 y los días 19, 20 y 21 se aumente a 70%. Pero cuando empiece la eclosión aumentar a 85% y humedecer los cascarones con agua tibia para facilitar su ruptura. Efectos de la alta humedad son: poca pérdida del peso del huevo; se alarga la incubación; atraso del desarrollo embrionario y mortalidad embrionaria. Efectos de la baja humedad son: excesiva perdida de peso; se acorta el periodo de incubación y mortalidad embrionaria.

Cuando el contenido del huevo se evapora en un grado constante el embrión se desarrollará de formal normal sin complicaciones. Cuando el contenido del huevo se evapora rápidamente el producto será mas chico de lo normal o posteriormente si nace puede tener coincidencias como la muerte. Cuando el huevo no se evapora lo suficientemente rápido, el pollito será más grande, posiblemente tenga también consecuencias como algunas enfermedades o un mal desarrollo. Las incubadoras que tienen humedecimiento del aire son los cuartos de incubación y lo producen con ayuda de la aspersión de agua y su consiguiente evaporación y diseminación por todas las zonas de la cámara de incubación.

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Un método para aumentar la humedad relativa del aire usado para aumentar la humedad relativa del aire en cuartos de almacenamiento poscosecha, presentado en la literatura [20], consiste en que el aire impulsado por un ventilador se hace pasar por paja o musgo mojado. El aire así humedecido es entonces impulsado a través de una pared perforada hacia la cámara o cuarto del que se quiere aumentar la humedad relativa del aire.

2.3 Dispositivos electrónicos

Microcontroladores; 16F84a, 16F877a

En la Fig. 3.3 se muestran los dibujos de los microcontroladores usados en el presente sistema junto con los nombres de las terminales. Estos dibujos se incluyen aquí por la importancia que tienen como referencia para identificar la distribución de los pines.

Figura 2.15 Microcontrolador 16F84A

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Figura 2.16 Microcontrolador 16F877a.

Sensor analógico LM35DZ [24]

Para el sensado de la temperatura del interior de la incubadora se usó el sensor de temperatura LM35DZ, Fig.3.4 . El dispositivo consta de tres conectores. La terminal +Vs es para conectar el voltaje de alimentación (5 Volts). La terminal VOUT entrega un voltaje de 10 mV por cada ºC del medio sensado. La terminal GND se conecta a tierra.

Fig. 2.17 Sensor de temperatura LM35DZ.

Switch unipolar de efecto Hall A3340 [26]

Para el volteo del producto se usa un switch unipolar de efecto Hall A3340, Fig.3.27. El dispositivo consta de tres conectores. El cable 1 es para conectar el voltaje de alimentación (5 Volts). El cable 2 se conecta a tierra GND. El cable 3 entrega el voltaje de salida VOUT.

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Fig. 2.18 Switch unipolar de efecto Hall A3340.

Sensor digital de humedad y temperatura STH75

El sensor digital SHT75, Fig. 2.19, sirve para medir temperatura y humedad del aire. Este integrado posee una salida digital de bus serial y cuenta con un sensor de temperatura y uno de humedad. Además tiene un calefactor para evitar la condensación en el interior durante condiciones de niebla. Sus características son: Rango de medición: 0-100% RH, tiempo de respuesta: 4 microsegundos, rango de temperatura: -40 a +120°C.

Fig. 2.19 Sensor digital

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