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Proyecto - Sistemas de Control

Ing. Luis Orozco MSc. (DEEE-ESPE) GUA 1

1 FORMA DE REALIZAR EL PROYECTO Y ENTREGAR EL INFORME:

Fecha y forma de REALIZAR la prctica: o El proyecto debe ser realizado en forma grupal ( 2 o 3 integrantes por grupo).

Fecha y forma de ENTREGAR EL INFORME de la prctica: o Se debe entregar un informe grupal impreso que deber ser presentado el mircoles 27 de

mayo de 2015, en el horario normal de clase. El Informe impreso debe contener: Cartula

Objetivos

Procedimientos realizados (Metodologas aplicadas para el Modelado y la identificacin)

Resultados obtenidos con el sistema Implementado (grficas, tablas de entradas-salidas)

Anlisis de resultados (obtencin de errores entre parmetros tericos y los obtenidos de la

planta real)

Conclusiones y recomendaciones

Bibliografa empleada

Anexos (Opcional)

Nota: las hojas del informe deben estar numeradas y puede ser impresas a doble lado.

o Se deber subir una copia del informe en formato digital a la plataforma virtual hasta la misma fecha y hora sealadas para la presentacin del informe impreso; cumpliendo lo siguiente:

Enviar solo un archivo comprimido que contenga el archivo de Word Pdf del Informe tcnico del proyecto (igual al impreso) y los archivos de Matlab realizados: *.mdl y *.sid

El nombre del archivo debe ser: NRC+apellidos paternos de los integrantes separados con espacios, sin tildes guiones. Ej: 4278 Sanchez Guaman Larco.

2 TEMA: SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA 3 OBJETIVO

Implementar y modelar una incubadora de huevos de aves

4 MATERIALES E INSTRUMENTAL NECESARIOS o Caja de madera o de cualquier otro material

o Foco incandescente DC ( niquelina)

o Sensor de temperatura

o Circuito de potencia y cables para conexin de elementos en el protoboard

o Protoboard

o Equipos e Instrumentos:

o Generador de seales

o Multmetro

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5 MARCO TERICO: INCUBADORAS Y CONSEJOS DE INCUBACION

5.1 Temperatura La temperatura del aire constituye un factor fundamental de la incubacin, ya que el calentamiento de los huevos se produce debido al intercambio de calor entre el aire y los huevos. Durante la incubacin, el nivel de temperatura ptimo de la incubadora se enmarca entre 37 y 38C. Aunque al llegar a los ltimos das (2 o 3) de incubacin es necesario reducir la temperatura. Las incubadoras estn equipadas con un termmetro y disponen de un regulador automtico de temperatura, manejable mediante un sencillo sistema mecnico para poder regular correctamente la temperatura interior. Una vez ajustada la temperatura interior, el regulador automtico se encargar de calentar la incubadora.

5.2 Humedad En las incubadoras, el humedecimiento del aire se debe a la evaporacin del agua que se encuentra en el inferior y su diseminacin por el interior de las mismas. Es por ello que debido a las diferencias de evaporacin del agua en distintas zonas de la incubadora nos encontramos con embriones en diferentes estados de gestacin. Cuanto ms alta sea la temperatura del aire interior, mayor es la cantidad de vapores que podr contener. Teniendo en cuenta que el aire seco no es un buen conductor del calor, es necesario humedecerlo para obtener un mejor calentamiento de los huevos. Dependiendo de la especie los niveles de humedad se enmarcan entre el 40% y 70%. Siendo del 55% el nivel de humedad ms aconsejable durante el principio de la incubacin y de entre 65-70% durante los 3 ltimos das, para que se reblandezcan las membranas de la cscara facilitando as su eclosin. Para medir la humedad interior en las incubadoras, se deber de disponer de un higrmetro, no incluido con la incubadora. Es recomendable comprar un higrmetro, disponible en cualquier tienda de animales. Para regular dicha humedad, las incubadoras disponen de unos canales de agua en la parte inferior, en los cuales tendremos que aumentar o disminuir la cantidad de agua que contienen dependiendo del nivel de humedad que necesitemos.

5.3 Ventilacin Para asegurar la pureza del aire, es necesario que la incubadora se mantenga fresca y el aire del interior vaya renovndose regularmente. Durante su incubacin, los huevos absorben oxgeno y liberan anhdrido carbnico, por lo que es imprescindible una circulacin de aire eficiente que garantice que el calor y la humedad necesaria lleguen a los huevos. Con ese fin, las incubadoras incluyen un ventilador que hace circular el aire que se concentra en la incubadora, absorbindolo para despus distribuirlo y homogeneizar la temperatura del aire del interior. Para una ventilacin adecuada, se acostumbra a realizar pequeos agujeros en una de las paredes laterales de la caja; por donde pueda ingresar el aire fresco.

5.4 Volteo de los huevos Las aves voltean los huevos con una frecuencia de entre 1 y 2 horas durante los primeros 18 das de la incubacin natural. Este volteo es imprescindible y en la incubacin artificial hay que simularlo de forma manual o mecnica, ya que de lo contrario el embrin se quedara pegado a las membranas de la cscara, provocando su muerte. En el volteo, el giro de los huevos tiene que alcanzar los 90 grados, mantenindose a 45 grados respecto al eje vertical. Nuestras incubadoras disponen de volteador automtico de huevos, con lo que la pesada tarea de voltear los huevos varias veces al da se har de forma automtica, garantizando un correcto volteo. El volteador automtico al voltear los huevos automticamente y reducir el constante contacto con los huevos, se evitar que se ensucien y se cierren los poros de los cascarones.

5.5 Eclosin En cuanto el polluelo empiece a picar la cscara del huevo, habr comenzado la eclosin. Dos o tres das antes se habr dejado de voltear los huevos (consulta la Tabla de das totales para incubacin y eclosin para saber cundo dejar de voltear los huevos). Una vez se observe que hay varios cascarones picados se pueden dar las siguientes situaciones: - Ha picado: En caso de que el polluelo sea fuerte, saldr del cascarn sin problemas. En el caso de que el polluelo sea dbil, si ha picado el cascarn y se retrasa ms de lo normal, es necesario ayudarle rompiendo muy cuidadosamente un poco del cascarn para que pueda salir mejor.

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- No ha picado: Puede que necesite ms tiempo y eclosione algo ms tarde que los dems. Tambin puede darse el caso de que el huevo no estuviese fecundado o que el embrin haya muerto durante la incubacin.

5.6 Antes de la incubacin Es importante decidir una buena ubicacin en la que colocar la incubadora. - Una habitacin en la que la temperatura se mantenga estable entre 21 y 27C. - Un lugar fresco sin luz directa del sol. NOTA: Una temperatura exterior inferior a los 16C reducir la temperatura del interior de la incubadora. Los huevos que va a incubar deben ser frescos y frtiles. Si los huevos han sido transportados desde lejos, tngalos 24 horas fuera de la incubadora antes de empezar con la incubacin: 12 horas bocabajo y otras 12 horas bocarriba. No use huevos de ms de 15 das y evite exponerlos a temperaturas muy altas o bajas. Descarte los huevos pequeos, de mala forma y los que estn cascados o de cscara fina y porosa. Incube solo huevos limpios, y no exceda la capacidad de la incubadora. NOTA: Si es la primera vez que utiliza una incubadora, es recomendable que incube una pequea cantidad de huevos de poco valor para asegurarse de que lo est haciendo correctamente.

5.7 Durante la incubacin Controle la temperatura interior mediante el termmetro. Durante la incubacin, la temperatura interior de la incubadora ha de ser de 37.5 C. A medida que vayan pasando los das, notar un incremento de la temperatura interior de la incubadora, por lo que tendr que reajustarla a 37.5 C. A su vez, el agua del canal de plstico se ir evaporando, por lo que tendr que ir aadiendo agua templada cada pocos das, normalmente 2 veces a la semana sera suficiente. En cuanto a la humedad, es preferible un bajo nivel de humedad a uno alto, excepto los 2-3 ltimos das de incubacin. Una forma de reducir la humedad de la incubadora es disminuyendo la cantidad de agua de la bandeja de plstico. Aunque tambin puede tapar parte del agua con papel de aluminio, y fijarlo con cinta adhesiva.

5.8 TABLA DE DAS TOTALES PARA INCUBACIN Y ECLOSIN

No hay ningn problema a la hora de incubar huevos de aves que no aparezcan en la tabla anterior.

5.9 ltimos das de incubacin Dos o tres das antes de que los huevos eclosionen, deja de ser necesario voltear los huevos, por lo que deber retirar el volteador automtico del interior de la incubadora y dejar los huevos tumbados sobre la bandeja. Evite retirar la tapa de la incubadora hasta que los huevos hayan eclosionado, y a medida que vayan naciendo retrelos a algn lugar con comida, agua y una temperatura de entre 35C y 37C. Los polluelos podrn sobrevivir hasta 48 horas sin comida o agua. En algunos casos, puede que sea necesario volver a meterlos en la incubadora para secarlos o calentarlos.

5.10 A recordar 1. El funcionamiento de la incubadora puede verse afectado si la temperatura es manipulada en exceso. 2. Si la incubadora no calienta, averige si todo est correctamente conectado. 3. No introduzca ms huevos que la capacidad de la propia incubadora 4. Mantenga los huevos limpios. Cualquier clase de polvo o suciedad es perjudicial para los huevos, ya que cierra los poros de los cascarones. 5. Limpie su incubadora con agua y jabn tras cada incubacin. La bandeja de plstico puede limpiarse con detergentes o desinfectantes. 6. Tras cada ajuste de temperatura, espere un tiempo a que se estabilice la temperatura. 7. No abra la tapa de la incubadora durante la incubacin.

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5.11 Solucin a problemas comunes

5.12 Incubadoras comerciales y caseras En el mercado existen varias opciones comerciales para incubacin de huevos de aves, como por ejemplo, las que se

puede encontrar en http://tiendaganadera.com/Incubadoras-y-Criadoras/. Existen varias alternativas de acuerdo al

nmero de huevos que se desea incubar, a su autonoma y a su costo. Sin embargo, se puede implementar

prototipos caseros que permiten incubar con xito, implicando mayores cuidados para la eclosin.

6 PROPUESTAS PARA LA IMPLEMENTACIN DE LA INCUBADORA

6.1 CONSTRUCCIN DE LA CAJA PARA INCUBACIN

La caja para la incubadora puede construirse con cualquier material que retenga el calor, se recomienda el uso de madera y cartn por ser ms fcil de trabajar. El tamao variar dependiendo del nmero de huevos que vayamos a incubar. Para el presente proyecto se sugieren dimensiones inferiores a 0.5x0,5x0.5 metros. La caja debe tener adems, una tapa o puerta frontal mvil (probablemente con bisagras), con una ventana que permita la visualizacin interior, tal como se muestra en las figuras. Si es necesario, se suele forrar las paredes de la caja con papel aluminio ,con el propsito de aislar el interior, y poder retener el calor. En la base de la caja, se debe colocar paja o superficies suaves para depositar los huevos. De la misma manera debe colocarse un recipiente con agua para mantener la humedad interior, necesaria para la incubacin.

http://tiendaganadera.com/Incubadoras-y-Criadoras/

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Realizar un abertura en la caja la misma que servir para simular una perturbacin que se probar ms adelante, la misma que debe tener una bisagra para mantenerla cerrada por el momento.

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6.2 Implementacin del circuito elctrico para calefaccin La calefaccin de interior de la incubadora se puede realizar con lmparas incandescentes (de DC o de

AC) o con calefactores (niquelinas) que generen buena cantidad de calor. De acuerdo a las

dimensiones de la caja y el nmero de huevos que se desea incubar, se usar 1 o ms lmparas o

niquelinas. Para este proyecto, se recomienda el uso de 1 2 lmparas incandescentes de DC.

6.3 Ventilacin Para asegurar la pureza del aire, es necesario que la incubadora se mantenga fresca y el aire del interior vaya renovndose regularmente. Durante su incubacin, los huevos absorben oxgeno y liberan anhdrido carbnico, por lo que es imprescindible una circulacin de aire eficiente que garantice que el calor y la humedad necesaria lleguen a los huevos. Con ese fin, las incubadoras incluyen un ventilador que hace circular el aire que se concentra en la incubadora, absorbindolo para despus distribuirlo y homogeneizar la temperatura del aire del interior.

6.4 Instrumentacin: Sensor de temperatura Para poder monitorear la temperatura del interior de la caja incubadora (variable controlada o variable de inters),

se debe colocar un sensor adecuado. En este proyecto, dicha temperatura tiene valores cercanos a los 37 grados

centgrados, y se puede usar un elemento electrnico como por ejemplo un LM35, una termistores, etc.

Foco incandescente DC, 25W/24V.

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6.5 Circuito amplificador de potencia Es una exigencia de diseo, que la temperatura de la incubadora se manipule con una seal de voltaje DC, que vara

en un rango continuo entre -3 VDC y +3 VDC, tal como se ilustra en el grfico.

Por esta razn, se necesita una interfaz de amplificacin de potencia, para poder activar la lmpara y el ventilador.

De tal forma, que con un voltaje positivo se pueda activar parcial o totalmente la lmpara (o la niquelina); para subir

la temperatura del interior de la incubadora, y con un voltaje negativo, se pueda activar el ventilador parcial o

totalmente. Un ejemplo del tipo de circuito amplificador de potencia, para lmparas y ventiladores DC, puede ser el

que se muestra en la figura.

6.6 Alimentacin de los componentes elctricos de la incubadora Para poder energizar los elementos elctricos de la incubadora (ventilador, lmparas, etc.) y excitar el sistema, se

necesita una fuente de alimentacin que debe adquirirse o implementarse.

7 PROCEDIMIENTO PARA LA OBTENCIN DE UN MODELO PARA LA

INCUBADORA

7.1 Recoleccin de datos La incubadora se puede modelar como un sistema dinmico lento de primer orden. Para poder obtener su funcin

de transferencia de manera emprica, se debe realizar el siguiente procedimiento:

1. Colocar el sensor de temperatura cerca del lugar donde se encontraran los huevos.

2. Excitar el sistema con una seal escaln; por ejemplo, utilizando una seal de voltaje que vara entre 0 y 2

VDC, con el propsito de variar la temperatura del interior de la incubadora que ser medida con un sensor

adecuado, en intervalos de tiempo de varios segundos (por ejemplo 5s 10s). Esto depende del tiempo que

se demore en estabilizarse el sistema y el nmero de mediciones que se desea obtener.

3. Tabular los datos de la excitacin de voltaje y de la temperatura para un tiempo constante de muestreo.

Incubadora -3 VDC y +3 VDC Temperatura

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7.2 Identificacin de parmetros del sistema Abrir el System Identification Tool de Matlab para la identificacin de los parmetros del sistema,

tecleando en el workspace de Matlab, la instruccin en : >>ident. Despus de lo cual, se abrir la

pantalla mostrada en la figura.

Con los datos de entrada y salida (Temperatura/Voltaje Corriente) obtenidos de la incubadora,

proceder a modelar el sistema con una estructura de primer orden (fuera de lnea) y a identificar sus

parmetros siguiendo los pasos descritos a continuacin:

Introduzcir los datos de la entrada, de la salida del sistema incubadora en dos variables vectoriales

Hacer clic en Import data y seleccione Time Domain Data para que aparezca la ventana de figura 1.4

FIGURA 1.3

FIGURA 1.4

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Utilizar la ventana de la figura 1.4 para Importar los datos de entrada y salida versus el tiempo. Llene los

datos Input con las entradas, Output con las salidas y en el Sampling interval coloque el perodo de

muestreo constante, como se muestra en el ejemplo.

Hacer clic en Estimate> y escoja Process Models para que aparezca la ventana de la figura 1.5

Configurar el Model Transfer Function con los puntos inferiores (figura 1.6):

o Poles: 1 All real

o Sin Ceros (No poner un visto en Zero)

o Sin Retardos de tiempo (No poner un visto en Delay)

o Sin Integrador (No poner un visto en Integrator)

Hacer clic en Estimate para estimar los parmetros K y Tp1 del modelo configurado (figura 1.6):

FIGURA 1.5

FIGURA 1.6

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Tomar nota de los valores de los parmetros K y Tp1 y exprese el modelo estimado por el System

Identification Tool, para el sistema de primer orden con la forma K/(1+Tp1 s). (figura 1.6)

Finalmente, en la ventana principal del System Identification Tool, hacer clic en Model output para

verificar el porcentaje de ajuste de la salida que se obtendra con el modelo calculado con la salida del

sistema real que fue importada al inicio. En el ejemplo, se aprecia que el porcentaje de ajuste es del

91.68%, lo que quiere decir que hay un error menor al 10%, resultado que a su vez se encuentra dentro

de los lmites permitidos. (Ver figura 1.7)

8 ANLISIS DE RESULTADOS

Comparar los resultados medidos con los resultados que nos da el el System Identification Tool de Matlab.

9 Bibliografa Complementaria http://es.slideshare.net/lozanoupao/incubacin

http://es.slideshare.net/zundazion/incubacion

http://es.slideshare.net/santiagotoledo921/presentacin-fabricacin-de-incubadoras

https://www.youtube.com/watch?v=FlU1g7kTmr8

FIGURA 1.7