Autora: Celis Cedeño / Centro de Ingeniería Eléctrica y Sistemas (CIES). FIIIDT.
Resumen: En la primera parte del documento se habló de los invernaderos como solución a los problemas de las condiciones climáticas adversas para la siembra y alguno de los sistemas utilizados para su control de forma automática tomado en cuenta las variables que intervienen. En esta segundo segmento se estará presentando el sistema de control que se usó para este diseño el cual está estructurado en 5 partes, la primera conformada por la etapa de medición en donde se obtienen los valores de temperatura, la segunda la de acondicionamiento de señales, etapa de control 1 y 2, saturación de transistores y por último etapa de potencia 1 y 2. A continuación se describirá y explicará cada segmento.
Etapa de Medición: Permite poder tomar valores de temperatura en tiempo real, en donde el sensor decodificará la misma en señales de voltajes que serán captadas por otra etapa de circuito para ser procesada.
Él sensor utilizado es un LM35, el cual permite mediciones de temperatura hasta los 150 grados centígrados, en su patilla de salida mostrará valores de voltajes de acuerdo a la temperatura medida. En la figura 1 se muestra un sensor LM35 como se ve realmente. La patilla 1 es alimentación (5V), la patilla 2 es la salida, y la 3 de tierra. Dicha salida mencionada da voltaje en el orden de los mini voltios. En la figura 1 se muestra el sensor.
En la tabla de la figura 2 se indica el valor de temperatura vs el voltaje de salida en la patilla del sensor. El rango de temperatura que se trabajará será a partir de temperatura ambiente 25 grados hasta superior a 35.
Acondicionador de señales
El acondicionamiento de señales es una transición donde se obtienen datos, que pueden ser analógicos o digitales que ocurre por medio de un circuito o dispositivo, el mismo se encarga de transformar una señal de entrada bien sea eléctrica o mecánica en otra señal de salida modificada. El objetivo que persigue es ampliar la señal para de esta manera convertirla a una forma combatible. El objetivo consiste en tomar una señal y transformarla en una señal eléctrica de nivel superior.
El acondicionador de señales que se emplea para el circuito está basado en un amplificador operacional que eleva la señal de entrada las veces que se desee por medio de la configuración de las resistencias.
Acondicionamiento de señales del diseño: De la figura 2 se puede notar que el valor de voltaje proveniente de la salida del sensor es muy bajo, es por tal razón que dicha señal es menester amplificarla. Para este caso se ha hecho con un factor de 10 esto por la acción de la resistencia R4 y R3, esto dado por el cociente de ambas resistencias respectivamente. Coughlin, (1993). Ver figura 3.
Figura 3. Acondicionamiento de señales. Fuente propia
Circuitos de control: Los circuitos de control son el cerebro de todo sistema, que permite la toma de decisiones en ciertas condiciones haciendo correctivos y ajustes de forma automática respecto a una variable de proceso medida.
El valor de consigna es una referencia a la cual se quiere que opere el sistema y es comparada con el valor real (Gaviño, 2010).
En este diseño se tienen dos circuitos de control, uno que está formado por dos amplificadores operaciones que hacen un comparador de ventana, y la otra etapa de control está constituida por un amplificador operacional en configuración de comparador.
Etapa de control 1: Esta primera etapa de control está regida por dos amplificadores operacionales LM324. . Estamos haciendo un comparador de ventana cuya función es establecer dos valores de voltajes uno inferior y otro superior de manera que la salida P active cuando el valor de voltaje introducido en C este dentro de ese intervalo cerrado de tensión. El rango superior será: R2(2) y el inferior R1(2). La entrada C es proviniendo del acondicionador de señales, una vez que ya halla amplificado la tensión de la etapa de censo. En la figura 4 se muestra un circuito de comparador de ventana y su gráfica de la misma se puede notar como solo la salida de los amplificadores activa solo cuando se está entre un intervalo de límite superior e inferior.
Etapa de control 2: Esta segunda etapa está conformada por un amplificador operacional en configuración de comparador en donde su pata inversora va a un voltaje de referencia y la no inversora señal C viene del acondicionador de señales. Esta etapa permite saber si el valor C está por encima del valor de referencia y de esta manera se establece una comparación que activará la salida del operacional E. En la figura 6 se muestra el circuito.
Etapa de saturación de transistores: Esta etapa permite por medio de la combinación binaria en las compuertas AND U6 y U5 de las entradas P y E la activación de las salidas V y L las cuales saturarán los transistores que encenderán los actuadores. Esto quiere decir que para que se active la salida L (que activa el bombillo) se debe cumplir la condición que la temperatura este por encima del rango superior establecido en la etapa de control 1 y que para que active la salida V (ventilador) debe cumplirse la condición que la temperatura este por debajo del rango inferior Ver figura 7
Etapas de potencia: Para este diseño se tienen dos etapas de potencia, la fase 1 y 2 ambas como toda parte de potencia es el eslabón de todo el sistema que más corriente consume, la misma es la encargada de la energización de cualquier componente electromecánico para este caso relés que a su vez activan los actuadores, para efectos del diseño este será una electroválvula.
Etapa de potencia 1: En esta etapa una vez que se halla saturado los transistores por medio de las combinaciones binarias de la compuerta AND U6 por sus entradas O P y E antes mencionadas activarán la salida que saturará un transistor que alimentará a la bobina del relé que energizará al ventilador simulado con un motor DC. En la figura 8 se muestra la etapa
Etapa de potencia 2: Por medio de la combinación binaria de las compuerta AND U5 cuyas entradas E P y O provenientes de la salida del comparador de ventana, salida del acondicionador de señales y la misma salida negada. Al activar la salida de la compuerta L saturará al transistor que permite la energización de la bobina que activara la luz. Ver figura 9
Ya habiéndose explicado cada una de las etapas de circuito y cómo interactúan entre si no queda más que presentar el circuito completo donde se muestra cada una de las partes en un solo circuito en la figura 10 se muestra la totalidad del sistema de control.
La agricultura es y será siendo una poderosa herramienta para generar seguridad alimentaria a los pueblos, además de representar una importante parte del sector primario. Sin embargo hoy en día las técnicas aplicadas para la cosecha de alimentos siguen siendo tradicionales lo que hace que no se pueda expandir aún más esta área por el hecho de tener algunas limitaciones de tipo ambientales.
La idea de un invernadero automatizado que permita el control de las variables es la de generar un microclima que sea apto para la cosecha de alimentos aun fuera de tiempo de manera que los agricultores no vean en vano sus esfuerzos a la hora de sembrar y perder su trabajo porque las condiciones climáticas dañaron la siembra. Es menester atender a las comunidades rurales brindándoles capacitación y herramientas como un invernadero automatizado para que puedan desarrollarse y autoabastecerse en cualquier temporada.
Desarrollar políticas mecanismos en donde se implementen nuevas tecnologías abre fronteras y maximiza los resultados obtenidos en la producción, en donde es necesario la capacitación de los agricultores para estas nuevas técnicas.
Referencias:
- Engineerstoys. (Agosto de 2020).Sensor de temperatura LM35, [Figura]. Recuperado de: http://www.engineerstoys.com/
- Coughlin, R. (1993). Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales. Prentice-Hall Hispanoamérica S.A
- Gaviño, R. (2010). Introducción a los sistemas de control. Pearson
- Unicrom. (Agosto de 2020). Comparador de ventana, [Figura]. Recuperado de: https://unicrom.com/detector-de-ventana-con-lm339/
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