Alambrado Eléctrico

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS, ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL

PERÍODO ACADÉMICO: OCTUBRE 2014 – FEBRERO 2015

PROYECTO DE VINCULACIÓN

I. PORTADA

Título: Diseño de Alambrado Eléctrico para Control de Ganado Vacuno en el Sector de Quero

Carrera: Electrónica y Comunicaciones

Área Académica: Vinculación

Ciclo Académico y Paralelo: Octavo Electrónica

Alumnos Participantes: Caicedo Fernando Rodríguez Katherin López Darío Moposita Jessica Satuquinga Christian Núñez Santiago Solórzano Priscila Velastegui Homero

Tutores: Ing. Mg. Santiago Altamirano.Ing. M.Sc. Carlos Serra.Ing. M.Sc. Alex Garcés.

II. INFORME DEL PROYECTO

II.1Título

Diseño de Alambrado Eléctrico para la delimitación de territorio de Ganado Vacuno en el Sector Quero de la Provincia de Tungurahua

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II.2Objetivos

II.2.1 Objetivo General

Desarrollar un diseño electrónico que permita el control del alambrado eléctrico para la delimitación del territorio de Ganado Vacuno en el Sector de Quero de la Provincia de Tungurahua

II.2.2 Objetivos Específicos

Analizar las limitaciones eléctricas que tienen los diferentes cerramientos bajo alambre de acero en el control de delimitación de territorio de ganado vacuno.

Examinar los parámetros necesarios a considerar en el diseño de un sistema de cercado eléctrico.

Determinar el diseño más adecuado que puede ser utilizado en el control de delimitación de territorio del ganado vacuno.

II.3Resumen

La delimitación de potreros para el control de ganado vacuno en los sectores rurales, comúnmente se lo realiza con alambres de púas o cerramientos de alambre de acero, pero esto ha presentado varios problemas ya que el ganado tiene la fuerza necesaria para derribar el respectivo delimitante de territorio. Por lo cual se presenta una solución electrónica que permite el control de delimitación de territorio. Se describen los parámetros necesarios que deben ser tomados en cuenta en el diseño de un sistema de cerramiento electrificado, y se diseña una propuesta de un cerco eléctrico que cumpla con estas características y además que cuente con un circuito de control el cual pueda ser modificado con relación a la distancia que tiene cada territorio, con ello se garantiza que pueda ser aplicado en sectores con poca distancia como en sectores donde su expansión es mayor surgiendo el mismo efecto.

II.4Palabras Clave:

Electric, Wire,

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II.5 Introducción

El alambrado eléctrico, es una herramienta necesaria para la implementación de subdivisiones en las cuales se encuentran la especie animal que se desea controlar, dicha herramienta requiere de una inversión de dinero conveniente, es decir que tiene un costo relativamente bajo. Y la propuesta no se delimita a lo habitual de que aquella subdivisión forzosa es necesaria para un pastoreo intenso, sino como un elemento que accede desarrollar todo tipo de subdivisiones en cualquier tipo de suelo, clima, pasto, especie animal y tipo de explotación.

Los cercados que se manejan regularmente se caracterizan por su construcción en madera y alambres que lo convierten, en una muralla física lo cual no resulta una óptima solución en ganado vacuno puesto que tienen la fuerza necesaria para traspasar los delimitantes. El proyecto del alambrado eléctrico es contrario al proyecto del cercado regular puesto que se trata de montar un medio que no permita el paso de una delimitante, se trata de una muralla psicológica o mental, donde el ganado no pasa por prevención a ser lastimado. El proyecto se desarrollado tomando como principal objetivo salvaguardar la vida del ganado además no sufra daños al contacto con el cercado eléctrico ya que la misma solo debe ser útil para que el ganado desista de traspasar las delimitantes. [1]

II.6Materiales y Metodología

II.6.1 Marco Teórico

Funcionamiento del Alambrado Eléctrico

Todos los equipos de los sistemas de alambrado eléctrico para cercos de seguridad utilizados tanto en el sector urbano como en sectores rurales, se alimentan de energía eléctrica convencional, la cual es la que se obtiene de la red eléctrica publica, siendo esta de 120 voltios AC, o también de corriente continua de baterías de 6 o 12 Voltios. Esta corriente de alimentación es convertida en pulsos eléctricos de alto voltaje que normalmente va entre 5000 y 30000 voltios, dependiendo del alcance que se

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desee obtener en el sistema. Este pulso tiene una duración sumamente pequeña y se repite a intervalos relativamente largos, que de acuerdo a las normas internacionales y por razones de seguridad, no deben exceder de 70 pulsos por minuto, este intervalo permite al hombre o a los animales apartarse en forma voluntaria y segura del alambre electrificado.

Figura 1: Principios de funcionamiento

Como toda corriente eléctrica exige de un circuito para circular. En el caso del alambre eléctrico precisamos que, entre el equipo y el animal que intentamos apaciguar, haya dos conductores. Habitualmente, como se ve en la figura, uno de esos conductores es el alambre y el otro la tierra. Al tocar el alambre el animal cierra el circuito entre los dos polos energizados, cruzando la electricidad por su cuerpo y recibiendo una pequeña descarga.

Las plantas y matorrales que habitualmente tocan el alambre provocan un resultado parecido que el animal; al pasar electricidad hacen bajar el voltaje llegando a anular los dispositivos tradicionales [1]

Los dispositivos de alto poder ceden, dada la cantidad de energía disponible, sobrepasar esos cortocircuitos. La llegada de los equipos de alto poder revitalizó el sistema, convirtiéndolo en económico, efectivo y seguro. [1]

El alto poder es en poner en el cercado una pulsación eléctrica de una gran cantidad de energía y de una duración intensamente corta. Esto hace que la energía útil en el alambre sea superior a la que logran absorber los pequeños cortocircuitos que producen

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los matorrales, almacenando suficiente poder para retraer a los animales.

Figura 2: Pérdidas de voltaje por plantas

Potencia del Circuito

Existen varios métodos con los cuales se puede determinar la potencia que va a tener el sistema y según esta potencia entregada se puede determinar la capacidad del mismo. Uno de los métodos más utilizados por los fabricantes de este tipo de equipos es el alcance en kilómetros que puede tener la cerca, sin embargo en este método no se tiene en cuenta la cantidad de energía que se está empleando o se está generando por los equipos, sus posibilidades de abarcar largas distancias y su capacidad de soportar las pérdidas provocadas por el contacto de malezas o instalaciones deficientes.

Los dos conceptos más importantes, que no surgen de una estimación sino de mediciones concretas son:

Máxima energía de salida, que se expresa en “Joule”

Tensión en el alambre, que se mide en Voltios

Un joule puntualmente es un Watt x segundo. Es la energía de la descarga eléctrica que ocasiona la “patada”. Esta energía es la que genera el espasmo muscular que ocasiona el que el animal se aleje de la cerca eléctrica. A mayor energía, mayor es el registro en la memoria del animal. [1]

Por lo que la descarga que soporta el animal depende de la energía disponible en el alambre en el momento que lo toca. El

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efecto que le produce al animal, es el de una fuerte contracción muscular, pero en el caso del ganado esta descarga no es mayor cosa debido a que la piel del ganado vacuno es bien gruesa. Los Joules que es la medida en la que se mide la energía , definen la cantidad de la misma que es capaz de poner en el cerco un electrificador en determinadas condiciones de resistencia.

Esta es la medida para evaluar la potencia de un electrificador y puede ser expresada como Energía Acumulada. Esta característica es la forma más importante para indicar la potencia de un electrificador y la eficiencia del equipo para transferirla al alambrado. [1]

Toma de Tierra

Para el buen funcionamiento del sistema, la conexión a tierra es la parte más importante, porque es la que cierra el circuito. De ella depende la efectividad de la choque de descarga que recibirán los animales.

Los electrificadores de alto poder suministran una alta corriente de forma instantánea, por lo que esa gran energía necesita de buenos conductores para poder cerrar el circuito en forma eficaz. La tierra, gracias a la humedad y a su gran volumen, es una muy buena conductora de la corriente, por lo que es zonas áridas se deben tener ciertas recomendaciones. [1]

Lo que ocurre en el sistema es que la electricidad que parte del electrificador, pasa por el alambre, atraviesa el animal e ingresa al suelo, dirigiéndose a la estaca de tierra por un cable imaginario de gran diámetro. La humedad que presenta la tierra hace que esta tenga mayor conductividad, pero la mayor cantidad de humedad se encuentra en la parte inferior de la sección de tierra que se esta utilizando para cerrar el circuito, por lo que la estaca de tierra debe ser profunda. [1]

Si la toma de tierra es sin humedad solo recogerá una pequeña parte de la energía del pulso, reduciéndose sensiblemente la efectividad de la descarga. [1]

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Figura 3: Importancia de la toma a tierra

El largo de la toma de tierra, depende de diversos factores, tipos de suelos, régimen de lluvias, y extensión del sistema. La toma de tierra, por lo general, del equipo se deberá instalar en un lugar donde haya humedad permanente, ya que es ahí donde existe alta conductividad. [1]

En caso de no disponer de un espacio en el cual se tenga abundante humedad para instalar la estaca de tierra, se puede hacer la toma de tierra enterrando 3 a 4 caños de por lo menos 2 metros de longitud, separados 2 a 3 metros entre sí y firmemente unidos con alambre galvanizado. [1]

Los materiales para hacer la toma de tierra deben ser inoxidables ya que bastaría una capa de óxido, que actúa como aislante sobre los caños, para perder una importante parte de la energía del pulso. [1]

La toma de tierra debe estar a 10 m de:

Otra toma

Equipos eléctricos

Postes telefónicos

De edificios que tengan metal en su estructura.

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Tipos de Animales a Controlar

Este tipo de tecnología del alambrado eléctrico no sólo ha evolucionado en el desarrollo de equipos sino también ha avanzado en la construcción de alambradas eléctricas que permiten controlar todo tipo de animales. Principalmente fue pensando en ganado vacuno, pero ahora se puede utilizar para todo de animales de campo como son cerdos, ovinos, caprinos y equinos. [1]

Pero también se puede emplear para animales salvajes como son liebres, perros salvajes, elefantes, coyotes, zorros entre y otros.

El tipo de alambrado que se vaya a ocupar y la altura del mismo van a depender de forma directa del tipo de especies y tamaños de los animales.

Calidad y Calibre de los Alambres

La resistencia al fluir de la corriente eléctrica es directamente proporcional a la longitud del alambrado e inversamente proporcional a su sección. Por lo que es tipo de alambre a utilizar es de gran importancia y debe ser de una excelente calidad.

El alambre más aconsejable a utilizar es el denominado alta resistencia 17/15, o redondo de calibre similar. Estos alambres tienen buena sección, permitiendo el correcto flujo de los electrones; además tienen suficiente resistencia mecánica y buen galvanizado para durar muchos años. Estos alambres por el tiempo de vida que tienen son a la larga los más económicos, ya que no es común que se corten o se oxiden. [1]

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II.6.2 Materiales y Equipos

Tabla 1: Materiales

MATERIALES CANTIDAD

Resistencias

Resistencia de 220 Ω 2

Resistencia de 1 KΩ 3

Resistencia de 1.5 KΩ 1

Resistencia de 4.7 KΩ 1

Resistencia de 10 KΩ 2

Resistencia de 3.3 MKΩ 2

Trimer de 250K (VR) 1

Capacitores

Capacitor de 2200 µF /25V electrolíticos

2

Capacitor de 0.1 µF/50v cerámico 2

Capacitor de 10 µF/16V electrolíticos

1

Capacitor de 0.01 µF50V cerámico

2

Capacitor de 2.2 µF/16V electrolíticos

1

Capacitor de 220 µF/16V electrolíticos

1

Semiconductores

Puente rectificador de 1,5A. 1

Diodo rectificador de 3A. 2

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Diodo de swicheo IN4148 1

Diodo led rojo 5mm 1

Transistor de potencia 2N3055. 1

Circuito Integrado

Circuito integrado LM556 1



Otros

Transformador primario 110/220 sec. 15V 0,5A.

1

Bobina de encendido para automóvil 12V.

1

Fusible de 1Amp. 2

Piloto de Neón 1

Conectores de tornillo de 2 pines. 2

Conector en línea de dos pines. 1

Conectores rápidos 2

Cable AWG 20 de 50cm 1

Cable de alimentación con enchufe.

1

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II.6.3 Desarrollo

Para el diseño del circuito destinado a la implementación de una cerca eléctrica en el control de ganado vacuno, se tiene como principal componente la unidad generadora de impulsos eléctricos misma que se encarga de generar la secuencia de pulsos de corta duración los cuales serán transformado en alta tensión y conectada por medio de electrodos a un circuito formado por uno o varios alambres aislados que forma la cerca eléctrica.

Fig.4 Diagrama de bloques de la una unidad generadora de impulsos

En la figura 4 se puede observar el diagrama de bloques en la cual se detalla la forma de trabajo de la cerca eléctrica, donde hay dos generadores de pulsos de bajo voltaje y un bloque de alto voltaje que entrega la tensión a ser conectado al alambrado.

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Fig.5 Diagrama esquemático de la cerca eléctrica

Los impulsos se van a generar primero en los monoestables en el circuito integrado 556 y sus componentes asociados. El primero de ellos genera los pulsos largos, entre 0,5 y 2 segundos, y el segundo, los pulsos cortos entre 0,05 y 0,2 segundos.

El primer circuito pasa su señal al segundo pin desde el pin 5 hacia el pin 8. El tiempo largo está determinado por la red RC formada por el trimmer de ajuste VR y el condensador C3. El tiempo corto lo determina el circuito por medio de la resistencia R3 y el condensador C4.

Esta señal se lleva por medio de R4 a otro generador de pulsos, de frecuencia más alta, determinada por R6 y C9, que entrega la señal final de control por el pin 3 a D4 y R8 que manejan la base del transistor de potencia Q1 el cual impulsa el primario de la bobina.

El diodo LED D5 se utiliza como monitor de los pulsos de control. Los pulsos de alto voltaje aparecen en el secundario de la bobina final para la cual se ha utilizado una bobina común de encendido para automóvil, un elemento de muy fácil consecución.

Todo el circuito esta alimentado por una fuente de poder común con su transformador, puente rectificador, regulador de voltaje y condensadores. El diseño presenta una protección contra cortocircuitos por medio de dos fusibles.

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Fig.6 Diseño de la estructura de la cerca eléctrica

Para el buen funcionamiento de la cerca eléctrica se requiere tener en cuenta una buena conexión a tierra. Cuando las zonas son húmedas se requieren únicamente una o dos varillas a tierra, cosa que no sucede en zonas de suelos secos, que se deben conectar varias varillas como se muestra en la figura 6 y deben ser enterradas por lo menos a 1,65mts y deben estar interconectadas entre ellas, y para conectarlas al circuito se utiliza en la última varilla una abrazadera en la cual se inserta un cable que va conectado hasta el terminal de tierra de control.

II.7Conclusiones

Los equipos de alambrado eléctrico para cercas de seguridad son utilizados tanto en el sector urbano como en sectores rurales y se alimentan de energía eléctrica convencional, la cual es la que se obtiene de la red eléctrica pública, que es de 120 voltios de Corriente Alterna.

La corriente de alimentación es convertida en pulsos eléctricos de alto voltaje que normalmente va entre 5000 y 30000 voltios, dependiendo del alcance que se desee obtener en el sistema.

Los pulsos eléctricos tienen una duración sumamente pequeña y se repiten a intervalos largos, que de acuerdo a las normas internacionales y por razones de seguridad, no deben exceder de 70 pulsos por minuto lo que le permite al ganado alejarse de una forma voluntaria y segura.

Las cercas eléctricas además impiden la entrada de depredadores o intrusos protegiendo cultivos y haciendas permitiendo que el ganado

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permanezca tranquilo, aprovechando mejor el pasto y evitando accidentarse.

Todas las cercas metálicas son propensas a descargas atmosféricas, como en las eléctricas el ganado se mantiene a distancia y por lo tanto no corre peligro.

II.8Recomendaciones

En zonas secas se recomienda colocar la toma de tierra hasta por lo menos 1 metro dentro de la capa de humedad permanente.

Procurar que el sistema se coloque en zonas húmedas, debido a que en zonas arenosas se forma una capa de tierra seca en superficie totalmente aislante lo que hace q el animal no reciba descarga al tocar el alambre, al no poder pasar la electricidad a la tierra.

Para evitar los problemas en las zonas áridas se recomienda cerrar el circuito, en forma independiente del suelo mediante la utilización de otro alambre no aislado paralelo al vivo y conectado a la toma de tierra del equipo.

En zonas áridas y semiáridas los alambrados eléctricos se utilizan como reemplazo de alambres convencionales por lo que es aconsejable que sean de tres hilos, donde el primero y el tercero están conectados al vivo y el del medio a tierra. De esta forma, la vaca cerrará el circuito al contactar el primer y segundo hilo y el ternero lo hará tocando el segundo y el tercero.

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II.9Referencias Bibliográficas

[1] Bavera, G. A. Alambrado eléctrico. 2009. Cursos de Producción Bovina de Carne, FAV UNRC.

II.10 Anexos

Diseño de un alambrado eléctrico

Figura 4: Alambrado eléctrico Ruteado Doble pista en PCB Wizard

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Figura 4: Alambrado eléctrico pistas Lado 1

Figura 5: Alambrado eléctrico pistas Lado 2

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Figura 6: Alambrado eléctrico Vista de Componentes

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