Saltar al contenido

CIES Programación de PLC para control de variables en invernadero Parte 1

image_print

Autora: Celis Cedeño / Centro de Ingeniería Eléctrica y Sistemas (CIES). FIIIDT. 

 

Resumen

Ante los continuos cambios climáticos y alteraciones en los tiempos los invernaderos se han convertido en una solución para lograr disminuir pérdidas en la agricultura ya que proveen de protección para los cultivos resguardándolos de condiciones desfavorables, permitiendo un ambiente apropiado tanto de suelo como aire. El empleo de nuevas tecnologías como lo son los invernaderos automatizados permite la generación de importantes cambios en la producción como el aumento de la misma, la mejora de la calidad del producto entre otras. En este documento se realizará el sistema de control de un invernadero automatizado usando un PLC logo, que permita por medio de la recolección de datos provenientes de sensores usados en esta área como los de temperatura, luminosidad y humedad hacer correctivos para generar el ambiente más apropiado, por medio de la activación o desactivación de actuadores que ejerzan cambios en la variable medida con el fin que la siembra tenga las condiciones más optimas posibles.

Introducción

 Nuestro país cuenta con menos de 40 hectáreas en cultivos bajo invernaderos. Pizarro, J (2019). En donde el terreno restante sigue con la agricultura tradicional a cielo abierto lo que causa que los cultivos se encuentren vulnerables antes los constantes cambios en el clima.

 Venezuela posee 9 de los modelos climáticos en función de la humedad lo que es beneficios ya que permite cultivar en diversas áreas lo que garantiza variedad de rubros, el problema radica en que no hay concordancia entre los ciclos anuales y los periodos de crecimiento por lo que hay desgaste en los suelos por la siembra en terrenos húmedos. Martelo, M (2010).

Nuevas iniciativas de tipo tecnológicas en el sector agrícola como lo son los invernaderos automatizados pueden desencadenar cambios positivos en la metodología de siembra que incida en el aumento de la producción para el abastecimiento del pueblo. El uso de este instrumento ofrece una posibilidad que no brindan los invernaderos comunes y mucho menos la agricultura tradicional y es que posibilita la realización de registros de datos que ayuda verificar los efectos del cambio de las variables como temperatura, humedad, luz y su incidencia sobre la siembra permitiendo mejoras continuas en la regulación de criterios, encontrando el punto óptimo para maximizar resultados.

Invernaderos automatizados

La invernaderos automatizados al  igual que los comunes son construcciones que permiten el resguardo de las siembras de  condiciones adversas de clima como sequias, o precipitaciones abundantes ofreciendo un clima adecuado para la siembra, sin embargo estos cuentan con un sistema de control que permite tener influencia sobre las variables que afectan a toda planta como luz, humedad y temperatura, para poder regularlas de manera de tener las condiciones más optimas de acuerdo a los requerimientos muy específicos de cada planta. En la figura 1 se muestra un esquema de un invernadero automatizado.

Algunas formas de automatizar un invernadero

  • Con microcontrolador: Es un circuito integrable que se programa internamente para que realice una tarea de forma automática, este dispositivo se conecta con el exterior por medio de puertos que trabajan con 5 VDC y pueden ser configurado a conveniencia del programador en entrada o salida, también posee un oscilador que pueden ser de diversos tipos esto para dictar la velocidad de trabajo. Su objetivo fundamental es leer y ejecutar órdenes. Palacios, E. (2004).  En la figura 2 se muestra un microcontrolador.

  • Arduino: Plataforma de creación de electrónica de código abierto, la cual está basada en hardware y software libre, cuyo cerebro es un microcontrolador los hay en diversos modelos. Posee un conglomerado de pines tanto hembra como machos que permiten la conexión de dispositivos como sensores y actuadores   con entradas y salidas analógicas y digitales. Dicho dispositivo conecta lo exterior con lo interior por medio del procesamiento de datos, es usado ampliamente para realizar proyectos en diversas áreas. Con este dispositivo es posible automatizar para el control de actuadores por medio de señales de entrada.  En la figura 3 se muestra un arduino

  • Controlador lógico programable (PLC): Es una computadora  que se encarga del control de operación de maquinarias, es utilizado para hacer automatizaciones tanto domésticas como a nivel industrial, posee módulos de expansión que permite ampliar sus entradas y salidas conforme se amerite, el software se compone de un sistema operativo y un entorno de programación, los lenguajes de programación son de tipo más visuales lo que los hace más amigables para el usuario que son símbolos, caracteres y reglas, por medio de esta relación se puede ser capaz de crear cualquier programa para el control de cualquier proceso. En la figura 4 se muestra un PLC.

Para efecto del control de este proceso se usará un PLC lOGO como el mostrado en la figura 4, aunque como ya se mencionó no es la única manera de hacerlo pudiera también realizarse con microcontroladores, arduinos, entre otros.  

Control de variables

La temperatura: Es una variable fundamental de control en un invernadero ya que una temperatura por debajo de los 7 º centígrados ocasiona disminución en el crecimiento de las raíces, en donde se contempla que una temperatura máxima para cualquier cultivo no debe exceder los 30 º y la mínima 23º esto para climas tropicales como el nuestro, en cultivos como el tomate, es el más influyente en el crecimiento de la planta de allí la importancia de controlarlo. El sensor LM25 tiene una salida proporcional a la temperatura marcada. Para definir un buen rango de temperatura es imprescindible conocer las limitaciones y necesidades del cultivo ya que varía de una cosecha a otra. Es decir el rango de temperatura lo dicta la planta que se va a cultivar.

Humedad: El control de humedad en el suelo ayuda a la hora del riego del invernadero, se deben establecer los valores aceptables en donde no se debe regar y en qué valores si, el sensor a implementar será uno de suelo HL-60 tendrá la función de medir la humedad del terreno. Este sensor es del tipo resistivo, que varía su resistencia conforme a la humedad del suelo. Está compuesto por placas que la recubren un material conductor, en donde dicha conductividad depende del nivel de humedad percibido en el terreno.

Luminosidad: La luz incide en el proceso de fotosíntesis de las plantas, en donde a más sea la luz se debe aumentar la temperatura, tendrá una incidencia importante en los días nublados o de invierno donde generalmente hay mucha nubosidad y por ende poca luz.

La ventaja de un invernadero automatizado es que se puede prolongar la luz para las plantas para su proceso de fotosíntesis independientemente que sea de noche, en donde una mayor fotosíntesis permite una mayor productividad.

El sensor a usar será un LDR (Resistencia que varía con la intensidad de luz): Funciona de tal manera que presenta una alta resistencia eléctrica al detectar la oscuridad (noche) y en la claridad baja (día) lo que significa que en la noche tendrá una corriente baja y en el día alta (esto de acuerdo a la ley de Ohm)

Actuadores que regulan las variables

Calefacción en invernaderos: Este es el más usado generalmente para proporcionar aumento de temperatura en los invernaderos es básicamente un intercambiador de calor en donde se instalan tuberías en donde en su interior circula agua caliente dentro de las instalaciones del invernadero, generalmente a nivel del suelo, este método se emplea cuando las diferencias de temperaturas en el exterior son bastantes significativas con la que requiere la siembra

Otra manera que se usa es por medio de la instalación de ventiladores en una parrilla o estufa de gas o aceite que también es otro método para generar calor en el interior del invernadero. En la figura 5 se muestra un sistema de calefacción por tuberías de agua caliente.

Electroválvula: Es un dispositivo que abren o cierran por impulsos eléctricos, proceso que resulta gracias a los selenoides que hay en su interior esto para controlar el flujo de algún fluido. Tiene usos importantes en la industria en el manejo y control de fluidos.

Para el riego no se amerita mayor precisión así que la electroválvula o estará completamente abierta o completamente cerrada esto según lo referido por el sensor de humedad y el parámetro que se programe como aceptable para iniciar el riego. En la figura 6 se muestra el sistema de riego de un invernadero.

Lámparas de sodio de vapor: Son lámparas de presión que proporcionan gran cantidad lúmenes por vatios pueden ser usadas tanto en interiores como exteriores, las hay de dos tipos de baja y alta precisión, este tipo de iluminación es usada en invernaderos para compensar los rayos del sol en estaciones frías o días nublados   .En la figura 7 se muestra una lámpara de sodio

En el segundo segmento del documento se estará explicando el tipo de sistema a implementar es decir, si será de lazo abierto o cerrado así como la programación del PLC logo detallando cada paso de la cadena de mando de la programación, que dará la señal necesaria para la habilitación y desactivación de los actuadores todo esto de acuerdo a los parámetros establecidos.

Referencias

 

Contacto: cbcm1992@gmail.com

Compartir en Redes Sociales
       
Tweet
Share
0 Shares