Reporte Final Caballero

INCUBATRONICK

INTRODUCCION

La incubación artificial de huevos de ave, es una actividad que se lleva a cabo desde

mediados del siglo

IX. Desde entonces la incubadora ha evolucionado desde incubadoras manuales,

fabricadas en madera, con una capacidad reducida de huevos a incubar, hasta naves

computarizadas con capacidades de miles de huevos, con sensores que permiten tener

una atmósfera propicia para el nacimiento de aves.

La incubación artificial surgió de la necesidad de satisfacer la demanda alimenticia de la

humanidad, y para poder incubar especies que por selección natural es difícil que se

logren.

En la actualidad se cuenta con controles electrónicos digitales de alta precisión, sin

embargo, son pocas las incubadoras que garantizan una alta tasa de nacimientos ( mayor

del 85%), que tenga un consumo de energía moderado, y que su interface de control sea

flexible al usuario, esto debido, entre otras cosas, a que no incorpora un sistema de

control en el cual un solo módulo monitoree los parámetros a controlar, es decir, a un

módulo se le asigna la medición de la temperatura, a otro la humedad, y a otro la posición

de los huevos, no habiendo una interconexión entre sí, lo cual no permite relacionar los

parámetros, que es muy importante, por ejemplo, cuando se requiere controlar la

humedad.

En la incubadora que se diseñó se ha atendido principalmente al desarrollo de un control

electrónico que controle los parámetros de la incubadora, por lo que en éste artículo se

hará énfasis primordialmente en como el diseño mecatrónico, ayudó a resolver un

problema de diseño, apoyándose en modelos matemáticos para poder llevar a cabo el

control de los parámetros de incubación.

TALLER DE INVESTIGACION II 1

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MARCO TEORICO

El tamaño y tipo de la incubadora seleccionada depende de las necesidades y de

los planes futuros de cada productor. Hay muchos modelos disponibles que son

diferentes. Para ajustes continuos, se recomiendan unidades separadas de

incubadora y nacedora. Si todos los huevos en la unidad están en la misma etapa

de incubación, se puede utilizar una sola unidad.

Ubicar las unidades de incubadora y nacedora en el interior para protegerlas de

cambios climáticos fuertes. Es fundamental que la habitación tenga un buen

sistema de ventilación para suministrar suficiente aire fresco. Mantener las

unidades en el interior hace más fácil mantener uniforme la humedad y la

temperatura.

Básicamente existen dos tipos de incubadoras disponibles, de aire forzado y de

aire quieto. Las incubadoras de aire forzado tienen ventiladores que proporcionan

circulación interna de aire. La capacidad de estas unidades puede ser muy

grande.

Las incubadoras de aire quieto son generalmente pequeñas, sin ventiladores para

circulación de aire. El intercambio de aire se logra por la elevación y escape del

aire caliente y viciado, y el ingreso de aire más fresco cerca de la base de la

incubadora. Las temperaturas recomendadas varían entre las dos incubadoras,

así que siga la recomendación del fabricante que acompaña la unidad.


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OBJETIVOS

Objetivo General.

Realizar la programación adecuada para controlar las variables que son de suma

importancia en el proceso de incubación de los huevos.

Objetivos Específicos.

Adquirir los valores de temperatura y humedad de los huevos de la incubadora,

por medio del Arduino MEGA.

Realizar la respectiva programación en el software Livewire, la cual me permita

controlar las variables de mi proceso.


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JUSTIFICACION

Para huevos de gallina la temperatura ideal es 37,65 grados centígrados (99.75F),

puede decirse que es ideal de 37,5 a 37.8 en el embrión, como el control que

diseñamos es preciso lo ajustamos con un sensor de temperatura y humedad en

37,8 como temperatura media, y rara vez llegó a 38. (La temperatura tarda en

reflejarse dentro del huevo, por la resistencia térmica del mismo)

La humedad relativa para huevos de gallina debe estar entre el 50 y 65 por ciento.

El prototipo de incubadora que diseñamos fué en la caja de un horno microondas

inservible, lo aislamos con una fibra aislante, que utilizan las refrigeradoras y

cocinas modernas. Al hacer la incubadora hay que tener cuidado de no permitir

que se pierda mucha humedad, porque en la puerta puede quedar una separación

suficiente para bajar mucho la humedad, y esta es muy importante en la

incubadora.

Para producir el calor utilizamos 2 bombillas de 60 watts cada serie; con esto las

bombillas no calientan mucho y dan poca luz.

Seleccionar una fuente de calor apropiada es de mucha importancia, porque si es

muy fuerte, el arduino apaga y sigue subiento mucho la temperatura.

Y si es deficiente, el arduino enciende y dura más para nivelar la temperatura.

Entre más grande la incubadora, es más difícil controlar la temperatura y la

humedad relativa.

Cuando se acomete un proyecto de construcción de una incubadora de aves, uno

de los primeros pasos que hay que dar es saber las condiciones mínimas que

tiene que cumplir el dispositivo para satisfacer nuestras necesidades. Debemos


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conocer los parámetros que son necesarios controlar, en este caso se controla la

temperatura, humedad y la ventilación en la incubadora.

La principal razón para realizar este proyecto, es el obtener mejores resultados, en

cuanto a la cría de aves. Se quiere asegurar el nacimiento de aves de cualquier

tipo, con un mínimo consumo de energía.

En la incubadora se tiene que procurar tener un sistema de control de

temperatura que sea lo suficientemente bueno y que nos permita obtener una

temperatura de incubación estable.

Procurar que la ventilación de la incubadora se esté realizando de manera

correcta porque es muy importante, ya que el aire fresco, oxigenado es necesario

para la respiración de los embriones en desarrollo.


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CONDICIONES DE LA INCUBACION

El inadecuado control de temperatura y humedad produce por lo general malos

resultados. El control inadecuado significa que la temperatura o la humedad están

demasiado alta o demasiado baja durante el tiempo suficiente para que interfiera

con el crecimiento normal y el desarrollo del embrión. También se dan malos

resultados debido a una ventilación inadecuada, las vueltas no apropiadas que se

dan al huevo, y el mal saneamiento de las máquinas o de los huevos.

Obtenga la mejor eclosión manteniendo la temperatura a 100 grados F (37.7 C)

durante todo el período de incubación al utilizar una incubadora de aire forzado.

Las fluctuaciones menores de temperatura (menos de ½ grado) por encima o por

debajo de 100 grados F (37.7 C) son toleradas, pero no deje que las temperaturas

varíen más de un grado. Los periodos prolongados de temperaturas altas o bajas


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alterarán el éxito de la eclosión. Las temperaturas altas son especialmente

peligrosas.

Una incubadora de aire forzado que está demasiado caliente tiende a producir

eclosión temprana. Una que se mantiene constantemente fría tiende a producir

eclosiones tardías. En ambos casos se reducirá el número de pollitos que

eclosionan.

Mantenga la incubadora de aire quieto a 102 grados F (38.8 C) para compensar la

estratificación de la temperatura dentro de la incubadora. Obtenga la lectura

adecuada de la temperatura elevando el bulbo del termómetro a la misma altura

que la parte superior de los huevos, cuando los huevos están colocados

horizontalmente.

Si los huevos están colocados en posición vertical, eleve el bulbo del termómetro a

un punto que esté entre ¼ y ½ pulgada (0.6 a 1.2 cm) y por debajo de la parte

superior de los huevos. La temperatura se mide en el nivel donde se desarrollan

los embriones (en la parte superior del huevo). No permita que la bombilla del

termómetro toque los huevos o la incubadora. Obtendrá mediciones incorrectas

como resultado.

Tamaño de la celda de aire los días 7, 14 y 18 de incubación

Tamaño de la celda de aire los días 7, 14 y 18 de incubación


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Un error de un grado por 21 días puede interferir seriamente con el crecimiento

embrionario. Compruebe la exactitud del termómetro de la incubadora colocando

el bulbo junto al bulbo de un termómetro clínico (el tipo que se usa para medir la

temperatura corporal) o de un buen termómetro de laboratorio.

Se sujeta ambos bajo agua tibia del grifo y compare las lecturas. Compense

cualquier variación del termómetro de la incubadora aumentando o disminuyendo

la cantidad de variación. Un termómetro con una columna de mercurio partida o

con intervalos no dará una lectura exacta.

La humedad se controla cuidadosamente para evitar la innecesaria pérdida de

humedad del huevo. La humedad relativa de la incubadora entre que se colocan

los huevos y tres días antes de la eclosión debe permanecer en 58-60% o 84-86

grados F (28.8 – 30 C) del bulbo húmedo. Cuando se da la eclosión, se aumenta

la humedad a 65% de humedad relativa o más.

Un excelente método para determinar la humedad correcta es poner al trasluz de

vela los huevos en diversas etapas de la incubación. Se muestra el tamaño normal

de la celda de aire después de 7, 14 y 18 días de incubación de un huevo de

gallina. Pueden hacerse ajustes necesarios de humedad como resultado de la

inspección con la vela. El peso de los huevos debe disminuir 12% durante la

incubación si se esperan buenas eclosiones.

Con frecuencia hay confusión en cuanto a cómo se expresa la medición de la

humedad. La mayoría de personas en la industria de la incubación se refiere al

nivel de humedad en términos de grados F, (bulbo húmedo) en lugar de porcentaje

de humedad relativa. Los dos términos son intercambiables y la humedad real

depende de la temperatura (F.) según se mide con el bulbo del termómetro seco.

La conversión de las dos medidas de humedad puede hacerse usando el siguiente

cuadro:


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Rara vez la humedad está demasiado alta en incubadoras de aire quieto que

estén correctamente ventiladas. El área del recipiente de agua debe ser

equivalente a la mitad o más del área de la superficie del piso de la incubadora.

Una mayor ventilación durante los últimos días de incubación y eclosión puede

requerir que se añada otro recipiente de agua o una esponja húmeda. La

humedad se mantiene incrementando el área de la superficie de agua expuesta.

La ventilación es muy importante durante el proceso de incubación. Mientras el

embrión desarrolla, oxígeno entra al huevo a través de la cáscara y el dióxido de

carbono escapa de la misma manera. A lo que los pollitos eclosionan, necesitan

un mayor suministro de oxígeno fresco. A medida que los embriones crecen, las

aberturas de ventilación de aire se abren gradualmente para satisfacer la creciente

demanda de oxígeno embrionaria. Debe tenerse cuidado para mantener la

humedad durante el período de incubación. Los orificios de ventilación sin

obstrucciones, tanto por encima como por debajo de los huevos, son esenciales

para el adecuado intercambio de aire.


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CARACTERISTICAS GENERALES

En la figura 1 se muestra el aspecto físico de una incubadora con capacidad para

2 huevos, la cual se encuentra dotada de diferentes elementos, tales como

resistencias, para suministrar calor, contenedores para colocar los huevos, un

panel de control que consta de un modulo lcd y un circuito programado, sensores

de humedad y temperatura que toman las medidas de la humedad y temperatura

respectivamente para saber el estado interno de la incubadora, y un sistema de

ventilación que permite mantener el aire limpio y una temperatura constante en el

interior de la incubadora.

Las paredes de la incubadora se han diseñado de tal manera que la transferencia

de calor al exterior sea mínima, ya que entre las láminas interior y exterior, se ha

colocado espuma de poliuretano que tiene un bajo coeficiente de conducción

térmica. Para determinar el comportamiento de la transferencia de calor se utilizó

la ley de Fourier y para saber que resistencias eran las adecuadas se utilizó la ley

de enfriamiento de newton.

Fig. 1 Paredes de la incubadora


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LISTA DE MATERIALES

TRIAC´S

ARDUINO MEGA

PROTOBOARD

RESISTENCIAS DE 100 Ω

CABLE UTP

PANTALLA LCD

TEMPORIZADOR

FOCOS

SOQUES

HUEVOS

CAJA DE MADERA

VENTILADOR DE COMPUTADORA

PARED DE UNISEL

SENSOR DE TEMPERATURA

INTERRUPTORES

POTENCIOMETRO DE 10KΩ


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Fig. 2 Partes que conforman la incubadora

FUNCIONAMIENTO

En la figura 3 se muestra la disposición física de una incubadora. La incubadora se

diseñó basada en los cuatro puntos antes mencionados, ya que controla

temperaturas desde 32ºF hasta 100ºF con variaciones de 0.44ºF. La humedad

tiene un rango de operación de 25 % hasta 90% con variaciones de 1%. El tiempo

de volteo permite un rango de 1 a 255 min y se ha implementado un sistema de

ventilación forzada, que por un lado absorbe aire limpio, y por otro saca el aire

viciado debido a la respiración de los embriones.

Dentro de la incubadora, parámetros como humedad, temperatura, tiempo de

volteo y ventilación, se encuentran perfectamente controlados con el fin de obtener

una taza de nacimientos mayor del 85%

La incubadora que se diseño permite incubar diferentes especies de ave, ya que

por medio de un teclado se pueden introducir valores de los parámetros a

controlar, con lo cual se puede incubar desde pato, que requiere una

temperatura de 101º F y 70% de humedad, hasta avestruz, que requiere 98º

F y 35 %


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Fig 3 Incubadora armada

IMÁGENES DE LA INCUBADORA TERMINADA


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CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES


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PASOS PARA LA INCUBACION


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1.- FORMACIÓN Y FERTILIZACIÓN DEL HUEVO.

Del ovario izquierdo (el derecho en las gallinas está atrofiado) se desprenden las

yemas (ovocitos). Estas durante su paso a lo largo del oviducto adquieren primero

la clara o albúmina y por último la cáscara, por lo que la formación del huevo se

realiza a lo largo del oviducto y dura, en la gallina, 24 horas.

La fecundación se produce siempre en la parte superior del oviducto gracias a la

unión del espermatozoide (célula sexual masculina) con el óvulo (célula sexual

femenina), por lo que el huevo para ser fértil necesita la participación del gallo.

2.- INCUBACIÓN.

Podemos definir al régimen de incubación como el conjunto de factores físicos

presentes en el medio ambiente que rodea al huevo. Los factores que lo integran

son:

1) Temperatura

2) Humedad

3) Ventilación

4) volteo de los huevos.

De todos ellos la temperatura es el factor de mayor importancia, ya que, pequeñas

variaciones en sus valores pueden resultar letales para muchos embriones.

3.- CALENTAMIENTO DE LOS HUEVOS ANTES DE LA INCUBACIÓN


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Antes de introducir los huevos en la incubadora es conveniente someterlos a un

período de aclimatación. De esta manera, evitaremos variaciones bruscas de

temperatura y que el vapor de agua se condense en la cáscara, taponando los

poros.

-Pre incubación de Huevos: Los huevos se pueden pre incubar para aumentar el

porcentaje de incubabilidad de un 1 a un 2 %. Se someten a una temperatura de

38ºC durante 2 horas, y después se enfrían a temperatura ambiente antes de

colocarlos en las incubadoras.

4.- LA INCUBADORA.

Proceso de incubación: parámetros a considerar

El diseño de una incubadora es en esencia una solución de ingeniería a los

parámetros biológicos de temperatura, humedad, recambio de aire y volteo.

Previamente a la introducción de los huevos en la incubadora hemos de graduar

perfectamente la temperatura y la humedad ya que una vez introducidos es más

difícil graduar estos parámetros.

Es recomendable que la incubadora esté colocada en una habitación con una

temperatura comprendida entre los 15 y 23º C. y, ue esta habitación, tenga una

buena ventilación pero sin corrientes de aire.

-Temperatura

El calentamiento de los huevos durante la incubación artificial se produce

mediante el intercambio de calor entre el aire y los huevos. De ahí se deriva, que

la temperatura del aire se constituye en el factor fundamental en este proceso.

-Relación entre la temperatura del aire de la incubadora y los huevos incubados.


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Al comienzo de la incubación, los embriones no están preparados funcionalmente

(ni orgánicamente) para emitir calor. Por esto reaccionan como los organismos de

sangre fría, es decir, cuando la temperatura del aire se eleva, aumenta el

metabolismo de los embriones. Si la temperatura disminuye, el metabolismo

decrece igualmente. Por tanto, el aumento de la temperatura favorece la

multiplicación celular, la formación de las capas y las membranas embrionarias

(alantoides, corion, amnios y saco vitelino), así como la nutrición. En resumen, se

incrementa el ritmo de crecimiento y desarrollo de los embriones.

-Ventilación

El problema de la ventilación debe ser abordado desde dos ángulos: la circulación

de aire propiamente dicha y la re ventilación o recambio de aire. Mediante el aire

que circula en el interior llega a los huevos el calor y la humedad necesarios.

Por otra parte, el recambio de aire constante es necesario para la extracción del

exceso de calor que pudiera acumularse en el interior del gabinete de incubación y

asegurar la pureza del aire.

Durante la incubación el huevo absorbe oxígeno y elimina anhídrido carbónico en

gran cantidad. Una adecuada re ventilación es necesaria para eliminar el agua que

produce el huevo por transpiración, renovar el oxígeno imprescindible para la

respiración del embrión y eliminar el CO 2. Para nuestro caso decidimos que la

ventilación estará a cargo de ventiladores de computadoras ubicado en el lado del

gabinete, así circulará una corriente de aire y los huevos estarán ventilados, sin

embargo queda sobreentendido que la incubadora deberá colocarse en una

habitación bien ventilada.

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


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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. El huevo, como se ha explicado antes,

pierde agua durante todo el período de incubación, es decir, sufre un proceso de

desecamiento. Por este motivo, el embrión está expuesto a pegarse a las

membranas internas de la cáscara, lo que puede provocar su muerte, en particular

durante los primeros seis días de incubación. La frecuencia de volteo óptima es de

una vez cada 1 ó 2 horas. El giro debe alcanzar los 90 grados.

Con todas estas consideraciones proseguimos al diseño.

Diseño:

Hemos determinado que nuestro sistema debe ser capaz de realizar las siguientes

tareas:

-Control de temperatura mediante una brecha diferencial de más menos medio

grado.

-Rotación del huevo cada determinado tiempo.

-La ventilación y humedad deberán ser regulados mediante un ventilador en la

pared lateral de la incubadora.

DESARROLLO TEÓRICO.

Lo primero que hicimos en nuestro diseño es elegir que sensor de temperatura y


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que microcontrolador será utilizado. Debido a su precio económico y su limitada

cantidad de registros, así como la facilidad de programación en lenguaje

ensamblador, elegimos el arduino como microcontrolador ya que fue necesario un

sensor de temperatura que soportara este protocolo. Utilizamos el sensor de

temperatura y humedad, que soporta la transferencia de datos mediante los pines.

Finalmente acoplamos la etapa de potencia al potenciometro, dicho elementos

funciona bastante bien en esta situación, serán acoplados al microcontrolador para

el control de temperatura y movimiento.

La mayor dificultad del proyecto es controlar la cantidad de periféricos

simultáneamente mediante un solo microcontrolador.

El periférico que más líneas de bus utiliza para su control es sin duda el display

LCD para la visualización de temperatura.

Resulta interesante que este no es necesario para el control automático pero

juega un papel vital en caso de alguna avería del sistema. El sensor de

Temperatura muestrea los datos cada 2 segundos, De este modo es posible

eliminar la posibilidad de un cambio abrupto en la temperatura que no sea

detectado.

Todo el proceso queda plasmado en el siguiente programa hecho en leguaje

ensamblador, las librerías y subrutinas utilizadas en el pueden ser encontradas

como ejemplos en el libro Microcontrolador PIC16F84

CONCLUSION


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El haber incorporado un microcontrolador al control de la incubadora que se

diseñó, ha permitido mejorar el funcionamiento y el rendimiento en la incubadora

con respecto a otras.

El tener un control con sensores de precisión, relacionados entre si han permitido

obtener tazas de nacimiento de hasta un 95% con respecto a incubadoras que

ofrecen a lo más un 80% utilizando controles convencionales.

Otro resultado que se refleja el incorporar un microcontrolador (arduino) es el

ahorro de energía y agua, ya que, por ejemplo, una incubadora que ya ha sido

fabricada, con una capacidad de 1000huevos tiene un consumo de 1000 watts y

por día gasta entre 20 y 30 litros de agua. Una de las incubadoras que se diseñó,

con la misma capacidad. En cambio una electrónica está diseñada dependiendo

de la temperatura ambiente


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BIBLIOGRAFIA

J.P. Colman, “Transferencia de calor”, 8ª ed, McGraw Hill 1998

pp 1-8[

Jose Mª. Angulo Usastegui, “MicrocontroladoresPIC, Diseño y

aplicaciones, segunda parte”; 2ªed, Mc Graw Hill, 2000, pp129-

144[3] Kenneth Wark, “Termodinámica”, 6ta edición

ed, McGraw Hill pp965[4] Rober L . Norton, “Diseño de

Maquinaria”, McGraw Hill, 1995[5] Incumatic® México,

“www.incumatic.com”,consultada en enero del 2007


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