Incubadora Arduino

INCUBADORA ELECTRONICA

INTRODUCCION

Cuando se acomete un proyecto de construcción de cualquier producto, uno de los primeros pasos que hay que dar es la redacción de las especificaciones iniciales, es decir, las condiciones mínimas que tiene que cumplir el dispositivo para satisfacer nuestras necesidades. Para la redacción de las especificaciones iniciales es necesario conocer bien el problema, y en la medida de lo posible, saber cuáles son las soluciones que tradicionalmente se han dado. Para realizar este proyecto, todos los medios disponibles son válidos, como estudiar otros dispositivos similares, preguntar a otras personas expertas en el asunto, o buscar documentación (por ejemplo en catálogos, internet, revistas, libros, etc.). Este es un ejemplo de proyecto sobre el diseño de una incubadora de huevos de gallina, realizada con materiales fácilmente accesibles. La finalidad es identificar los parámetros que es necesario controlar, y con ellos realizar unas especificaciones iniciales. Como introducción hay que tener en cuenta que los procesos a controlar están relacionados con:

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Mantener la temperatura estable.

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Mantener la humedad relativa del aire entre ciertos valores.

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Ventilar de forma regulada.

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Mover los huevos.

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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.

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LAS INCUBADORAS, ¿QUÉ SON?, ¿CÓMO FUNCIONAN?

Incubadora es, según definición de la Real Academia Española de la lengua, “Un aparato o local que sirve para la incubación artificial”. Incubar, según el diccionario de esta misma Real Academia, dicho de un ave es “Calentar los huevos, generalmente con su cuerpo, para sacar pollos” y esto es, básicamente, lo que se pretende con una incubación, calentar artificialmente los huevos de un ave para logar el nacimiento del pollito. Pero la reproducción artificial de los huevos de las aves, por medio de aparatos de incubación artificial va más allá de intentar, simplemente, calentar los huevos, pretende emular todas las condiciones que un ave pone a disposición de los huevos para conseguir su eclosión, es decir, intenta imitar los parámetros de temperatura, humedad, ventilación y movimiento utilizados por un ave para la reproducción de las aves.

El funcionamiento de una incubadora artificial es sencillo, pero requiere del avicultor una serie de actuaciones, más o menos numerosas, repetitivas y precisas, dependiendo del tipo de incubadora que se posea, para conseguir los niveles indispensables para la consecución exitosa de la incubación, se trata simplemente de regular y controlar que los parámetros antes citados estén dentro de los que se consideran óptimos. Los niveles en los que se ha de mover el avicultor, para conseguir que una incubación llegue a buen puerto, en relación con temperatura, humedad, ventilación y movimiento son los siguientes: La temperatura, ha de ser constante y situarse entre los 37,5-37,8 º C, siendo los grados óptimos los 37,7 º C.

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INCUBADORA ELECTRONICA La fuente de calor será, por lo general, una resistencia con regulación de temperatura. La forma de proceder para conseguir los grados necesarios será la siguiente: Primeramente se precalentará la incubadora hasta la temperatura óptima, una vez conseguida se introducirán los huevos y se controlará nuevamente la temperatura durante un breve periodo de tiempo, comprobando que la misma se mantiene en los 37,7 º C, a partir de aquí el control de la misma será más o menos trabajoso dependiendo del tipo de incubadora que usemos.

En las incubadoras manuales deberemos colocar un termómetro en el interior del aparato e ir modificando la temperatura regulando la resistencia para que produzca más o menos calor, tarea esta que se hace tediosa y a veces resulta un poco complicada. En la incubadoras automáticas está función se deja en manos de un termostato, pero el avicultor ha de tener la prudencia de observar que el mismo funciona bien y mantiene la temperatura dentro de los grados antes indicados. Es recomendable dejar el control de la temperatura a un termostato, ya que la manipulación manual como se ha indicado puede resultar un poco difícil y este parámetro es indispensable para la incubación. La Humedad, ha de estar en torno al 60%, siendo necesario incrementarla hasta el 70% los últimos tres días de incubación y bajarla una vez eclosionados los pollitos. Si no poseemos una incubadora dotada de un mecanismo automático que proporcione y mantenga la humedad, será necesario conseguir la misma por medio de bandejas de agua que introduciremos dentro de la incubadora. El grado de humedad se ha de controlar a través de un higrómetro, añadiendo o quitando agua de la bandeja según sea necesario.

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INCUBADORA ELECTRONICA La ventilación es muy importante para la viabilidad de la incubación, la mejor es la denominada “forzada” que se consigue por medio de ventiladores, logrando que el aire esté durante todo el periodo incubatorio en movimiento. En las incubadoras totalmente manuales se logra a través de aberturas en el aparato. El volteo, es obligatorio. Hay que voltear los huevos al menos dos veces al día, siendo recomendable realizar esta tarea cuatro veces al día. Según sea nuestra incubadora esta labor será más o menos tediosa, si poseemos una maquina con volteo automático nos podemos olvidar de esta tarea, si no tendremos que estar pendiente de por lo menos dos veces al día realizar el volteo. Si es recomendable, que por lo menos, el volteo de nuestro aparato sea semiautomático para no necesitar así abrir la incubadora para realizar esta tarea y evitar así la consiguiente pérdida de calor y humedad que puede adulterar la incubación.

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LISTA DE MATERIALES.

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ARDUINO RESISTENCIAS DE 180Ω Y 330Ω BOMBILLAS INCANDENSENTES DE 60 WATTS PROTOBOARD CAJA DE MADERA CON VISTA DE VIDRIO ENFRENTE VENTILADOR DE COMPUTADORA CABLES UTP TRIAC DE CORRIENTE ALTERNA TRIODO MOC3020 R180 R320

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PASOS PARA LA INCUBACION

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.

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3.- CALENTAMIENTO DE LOS HUEVOS ANTES DE LA INCUBACIÓN 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.

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

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INCUBADORA ELECTRONICA 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 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.

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Desarrollo teórico. Lo primero que hicimos en nuestro diseño es elegir que sensor de temperatura y 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 microcontrolador mediante el optocoplador MOC3020 y el TRIAC, dichos elementos funcionan 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 LDC 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

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CONCLUSION

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 esta 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, pp129144[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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