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![12
para trabajar e implementar, Internet de las cosas e
Inteligencia Artificial nos da la oportunidad de colocar más
sensores en las profundidades del mar sin el elevado costo que
hoy en día implica, la fabricación masiva de chips y sensores
disminuirán los costos. Podremos cubrir más áreas del océano
y monitorear en tiempo real los datos suministrados a las redes
de Internet, con un mayor volumen de datos los estudios serán
más precisos y podrán ser analizados en poco tiempo por la
Inteligencia Artificial, pues está es capaz de procesar grandes
cantidades de información y encontrar patrones o
comportamientos y relacionarlos con otras lecturas, inclusive
permitiría hacer relación individual de contaminación de cada
persona y rastrear las fuentes para su control, detectar los
niveles de contaminación de ríos o lagos permitiendo tomar
acciones antes de que afecten otros cuerpos de agua y sea
demasiado tarde.
Sabemos cómo llegar a ser exitosos, la meta está a la vista
y solo hace falta voluntad para recibir la nueva era, pero aquí
está la diferencia, pues el cambio tiene que lograrse si todos
cooperamos.
CONCLUSIONES
Los robots submarinos son fundamentales para el progreso
de las actividades que se desarrollan en el océano, permiten
seguir aportando conocimiento de lugares donde el ser
humano no tiene alcance.
Componentes de la Cuarta Revolución industrial como el
Internet de las cosas y la Inteligencia Artificial en
combinación con la robótica producen infinidad de
aplicaciones para nuevas oportunidades de desarrollo.
Los robots van a seguir permitiendo explorar el océano. Se
demuestra la importancia de obtener más información en
tiempo real y continuo de los océanos del planeta para
entender sus comportamientos.
La Electromecánica tiene el futuro garantizado. La
robótica continuará superando las limitaciones humanas,
adquiriendo más importancia y participación.
Está al alcance tomar acciones que nos conduzcan a un
desarrollo sostenible utilizando las herramientas para
administrar los recursos y encontrar soluciones a los
problemas globales. Así podremos dar paso a la 5ta
Revolución Industrial.
RECOMENDACIONES
Elaborar estudios sobre cómo disminuir los costos que las
operaciones oceánicas requieren, es prioridad para que los
países poco desarrollados también dispongan de estas
tecnologías.
Desarrollar e implementar proyectos que utilicen energías
limpias renovables, esto contribuirá a la autonomía de las
tecnologías que se usarán en la 5ta.
Mejorar la preparación de los electromecánicos en temas
referentes a los componentes de la Cuarta Revolución
Industrial.
AGRADECIMIENTOS
A mis padres, Luis y Ester. Por su apoyo en todo momento.
A mis hermanas Karina y Yesenia, su guía y apoyo me
motivan para superar los obstáculos de la vida.
REFERENCIAS
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problemas del mundo actual. Obtenido de
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delmundo-actual/
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![38
Entre los principales problemas de secado al
natural que afectan a los productores cafetaleros
se encuentran las condiciones climatológicas ya
que la temporada donde el fruto de café tiene
mayor cosecha es en la época de invierno en donde
el secado en patios se ve afectado por las lluvias y
las bajas temperaturas provocando que el tiempo
de secado sea mayor durando aproximadamente de
5 a 15 días.
Se identificó las diferentes técnicas de secado
que hay en el mercado nacional siendo el secado al
sol una de las más utilizadas por los cafetaleros aun
así el secado mecánico se utiliza en industrias
cafeteras donde tienen mayor demanda de café lo
que genera mayor cantidad de secado.
Según investigaciones realizadas y lo
evaluado desde el momento que el café es lavado,
este alcanza una humedad aproximada de 60%
por lo que secarlo al sol y llegar a obtener un 12%
de humedad demanda mucho tiempo ya que
como se ha mencionado anteriormente tiene una
dependencia de las condiciones climatológicas,
por lo que secarlo mecánicamente es la mejor
opción para tener mayor producción.
En la zona cafetalera es variado los tipos de
sistemas mecánicos para realizar el proceso de
secado de café donde se diferencian de tamaño
(de una o dos cámaras) de forma (rectangular o
tipo silo), fuente de poder (electricidad, carbón,
madera o algún tipo de combustible) y en la
cantidad de café que pueden secar.
Recomendaciones
Es importante también evaluar factor de
presión estática y flujo de aire ya que interfieren en
el proceso de secado.
En los avances de desarrollo tecnológicos se
ha venido implementando también el secado de
café con microondas por lo que puede ser un gran
método de secado e investigación.
El sistema automatizado se puede optimizar
más, colocando otros sensores teniendo un mayor
control de la máquina y los procesos.
Se puede implementar también una banda
trasportadora para el ingreso de café hacia la
tolva y un mejor sistema para la extracción del
café cuando esté listo.
Se pueden implementar más opciones en el
sistema SCADA para satisfacer las diferentes
necesidades de la industria cafetalera por ejemplo
ver graficas de temperatura y humedad.
AGRADECIMIENTOS
Quiero agradecer a todas aquellas personas
que de una u otra manera me han ayudado y han
apoyado a lo largo de estos años en esta que es
para mí una pasión “La electrónica”.
En primer lugar quiero agradecer el apoyo
recibido por parte de mi familia, desde mis padres
que han sido mi sostén desde pequeño
inculcándome el sacrificio, esmero, dedicación y
perseverancia por mis sueños donde siempre me
han sabido inyectar moral en mis peores
momentos, no solo vividos a causa de mis estudios
sino también a consecuencia de la vida, en especial
a mi madre Ana Jiménez que sacrifico tanto para
darme la oportunidad de ejercer mis estudios y
espero se sienta orgullosa en este día tan
importante para mí, a mis hermanas que me han
dado los palabras justas para siempre seguir hacia
adelante y no bajar la cabeza. Para mi novia Grettel
que también ha sido un gran apoyo para mi vida,
donde me ha motivado, aconsejado e impulsado
para obtener este título de ingeniería donde ella
conjunto con los gemelos y mi Mari son mi motor,
fuerza e impulso de seguir día con día.
REFERENCIAS
[1] (BENDIG MAQUINARIA S.A, 2018)
[2] (ICAFE, 2018)
[3] (Ingeniería mecafenix ©, 2018)
[4] (Centro de Tecnología e Innovación (CTIN), 2013)
[5] (Echavarria, 1999)
[6] (Sampieri, 2014)
[7] (techlandia, 2001)
[8] (Wonderware Spain, 2018)
[9] (QuimiNet, 2000)
[10] (© PT Limited, 2018)
[11] (TTV S.A., 2018)
[12] (SyP Sistemas de ventilacion, 2018)
[13] (Sistemas de regulacion y control, 2016)
[14] (Filiu, 2017)
[15] (Electricfor ©, 2018)](https://image.slidesharecdn.com/revistapaper1-180916143704/85/Revista-paper-1-39-320.jpg)
![48
Potencia Máxima = 0,18*H*D*v3 [W]
Donde: H = altura
D = Diámetro total del rotor
V = Velocidad del viento
Tabla 2. Potencia máxima.
Y para poder determinar las rpm:
RPM Savonius = (60·λ·v)/(π·D) [rpm]
Donde:
λ = La velocidad específica (aprox. 1)
v = velocidad del viento
D = diámetro del rotor
Tabla 3. Revoluciones en turbina.
2.2 Sistema de generación, almacenamiento y
conversión de la energía.
El sistema ocupa un subsistema que es
contemplado por el generador eléctrico, batería de
almacenamiento y un inversor de voltaje para las
salidas de tensión en 12 o 120V, a continuación una
breve descripción de estos elementos.
2.2.1 Generador de imanes permanentes.
Es una máquina del tipo motor sincrónico, en el que
se han cambiado los bobinados del estator
(típicamente) por imanes permanentes. Esto con el
fin de cuando sean cortados los campos
electromagnéticos de los imanes permanentes por
el bobinado del rotor; se induzca en este una
corriente electromotriz, al ser encausada ya sea por
anillos rasantes o las delgas de un conmutador se
pueda inducir una corriente eléctrica.
Fig. 6. Partes de generador eléctrico de imanes permanentes.
Por el eje de giro a los generadores se les denomina
de flujo axial o radial, esto claramente no es
correcto físicamente, ya que el flujo magnético por
la ley de la mano derecha siempre será
perpendicular al campo magnético de los imanes;
sino se refiere a donde se colocan los imanes ya
sean en el rotor o estator.
Fig. 7. Colocación de imanes en un generador
Como se puede ver en la figura 7 los imanes en
ambos casos se colocan con polos magnéticos
alternados y en números pares, esto para que
cuando una espira este cortando el campo de un
par de imanes con polos opuestos a una velocidad
angular determinada y con esta podemos
determinar la fem inducida en cada bobina,
mediante la función:
Fem inducida en bobina = 0,148(rpm)*r*B*N*L
Donde: B = campo magnético de bobina
r = radio del imán
N = número de espira en bobina
L = longitud de la bobina
Tabla 4. Fem inducida en bobina.
2.2.2 Batería de celdas.
Las baterías de celdas funcionan bajo el principio
fuentes de voltaje en serie, ya que están
compuestas de 6 celdas con la capacidad de
producir 2V cada una y esto se suma a la
siguiente hasta llegar a los 12V de los que
hacemos uso normalmente. Cada celda contiene
dos grupos de láminas (varían su composición de
una marca y modelo a otro) que forman dos
electrodos con cargas opuestas. Las celdas están
cubiertas por un 65% de agua y un 35% de ácido
sulfúrico los cuales actúan como electrolitos, que
al trasmitir electrones al plomo y oxido de plomo
de las rejillas estas generan una corriente desde
la primer celda a la segunda y así sucesivamente.
Una vez se descarga la batería puede volverse a
cargar mediante mecanismos como alternadores
o generadores; es importante hacer notar que
para dar paso a cada una de estas etapas es](https://image.slidesharecdn.com/revistapaper1-180916143704/85/Revista-paper-1-49-320.jpg)
![50
Tabla 6. Extracto de tabla 220.12
Para el cálculo de caída de tensión en el código
se estable un procedimiento general el cual aplica
tanto en el ramal de tomacorrientes de uso
general, ramal de iluminación e incluso para la
acometida entre el generador y la batería.
Caída Voltaje monofásica = (2*ϕ*L*I)/S [V]
Donde: L = longitud del cable
I = Corriente activa
ϕ = resistividad, 0,017 cobre y 0,027 aluminio
S = sección transversal del conductor
Tabla 7. Cálculo de caída de voltaje.
También podemos calcular este valor en su valor
porcentual.
% Caída Voltaje = CV* 10/12
Donde: CV= Caída de voltaje
Tabla 8. %Cálculo de caída de voltaje.
Para poder realizar estos cálculos se deben
utilizar los datos de la tabla 8 del capítulo 9 para
extraer los datos de propiedades de los
conductores.
Tabla 9A. Tabla 8 Propiedades de los
conductores
Con los datos presentados en esta sección
podemos realizar los cálculos necesarios para el
diseño de nuestro proyecto.
CAPÍTULO 3. Memoria de Cálculo.
3.1 Cálculo de potencia entregada por la turbina
Savonius.
3.1.1 RPM Savonius.
El primer dato a encontrar es las revoluciones
por minuto que puede alcanzar típicamente la
turbina. Para esto es importante hacer notar que
se obtuvo la información de velocidad media del
viento en la estación de Bagaces la página
pública del IMN, en promedio la velocidad es
de 40 km/h (11.1 m/s), pero el movimiento
observado en el sitio utilizando un velocímetro
de bicicleta colocado en el Savonius fue de 33
km/h (9.17 m/s); por lo que utilizará la
observada al ser el peor escenario.
RPM Savonius = (60·λ·v)/(π·D) [rpm]
RPM Savonius = (60·1·9.17)/(π·1) [rpm]
RPM Savonius = 175 [rpm]
Donde: λ = La velocidad específica [1]
v = velocidad del viento [9.17 m/s]
D = diámetro del rotor [1 m]
3.1.2 Potencia del Savonius.
Para las palas de la turbina se utilizó un barril de
aceite de 200 litros.
Potencia Máxima = 0,18*H*D*v3 [W]
Potencia Máxima = 0,18*1*0.8*(9.17)^3 [W]
Potencia Máxima = 111 [W] aproximadamente 1/7 Hp
Tabla 9B. Extracto Tabla 8.](https://image.slidesharecdn.com/revistapaper1-180916143704/85/Revista-paper-1-51-320.jpg)
![51
Donde: H = altura [1 m]
D = diámetro del rotor [0.8 m]
V = velocidad del viento [9.17 m/s]
3.2 Cálculo de potencia entregada por generador.
3.2.1 Fem inducida por el generador.
Al no tenerse los datos suficientes para hacer el
cálculo matemático (no se tiene ni la potencia del
campo magnético de los imanes ni de las bobinas)
ya que el generador fue reutilizado de un
motocultor dañado.
Teniendo en cuenta que nuestra turbina puede
llegar a 175 rpm y el juego de poleas es de 6:1 por
lo que el máximo de revoluciones en el generador
será de 1050 rpm.
Por lo que se procedió a hacer el análisis mediante
la inspección visual, poniéndolo en un torno y
midiendo en la salida del generador utilizando una
resistencia Shottky y se obtuvieron los siguientes
datos.
RPM
Corriente
generada
100 0,1 A
300 0,4 A
700 1,2 A
1000 1,5 A
1200 1,83 A
1500 2,15 A
3.3 Cálculo para el diseño eléctrico
3.3.1 Numero de ramales mínimo.
Con este dato podemos saber cuántos circuitos de
iluminación y tomas de uso general necesitamos.
# de circuitos ramales = A / Voltio- Amper por m2
# de circuitos ramales = 36 /33
# de circuitos ramales = 1
Donde:
A = área de la casa [36 m2] VA/m2= dato
de tabla 220.12 [33]
3.3.2 Caída de voltaje.
Ya que los factores para determinar las caídas de
tensión se encuentran en la misma tabla 8 del
capítulo 9 de C.E. Nacional podemos aplicar la
misma fórmula para ambos ya que en realidad la
formula no contempla variables entre corriente
directa o alterna.
Caída en corriente alterna.
El circuito de tomas de uso general va a tener un
máximo de 1200W ya que el inversor es de
1500W y se utilizará a un 80% de su capacidad
total. Esto nos da una corriente de 10A.
Caída Voltaje monofásica = (2*ϕ*L*I)/S [V]
Caída Voltaje monofásica = (2*0,017*6*10)/3,31
Caída Voltaje monofásica = 0,61 V
Donde: L = longitud del cable [6 m]
I = Corriente activa [10 A] ϕ = resistividad,
0,017 cobre seccióntransversaldelconductor
[3.31
S = mm]
Y el porcentaje de la misma es:
% Caída Voltaje = CV* 10/12
% Caída Voltaje = 0,61* 10/12
% Caída Voltaje = 0,51%
Donde: CV= 0,61 V
Caída en corriente directa.
Ya que según el diseño que podemos diseñar se
van a utilizar un total de cuatro luminarias de
15W y 12V por lo que la corriente consumida
total será de 6A.
Caída Voltaje monofásica = (2*ϕ*L*I)/S [V]
Caída Voltaje monofásica = (2*0,017*5*6)/3,31
Caída Voltaje monofásica = 0,3 V
Donde: L = longitud del cable [5 m]
I = corriente activa [6 A]
ϕ = resistividad, 0,017 cobre
S = sección transversal del conductor [3.31 mm]
Y el porcentaje de la misma es:
% Caída Voltaje = CV* 10/12](https://image.slidesharecdn.com/revistapaper1-180916143704/85/Revista-paper-1-52-320.jpg)
![52
% Caída Voltaje = 0,3* 10/12
% Caída Voltaje = 0,25%
Donde:
CV= 0,3 V
Por ultimo podemos calcular la caída en la
cometida, sabiendo que la máxima corriente del
generador será de 1.5A por las limitaciones dados
por la construcción misma de nuestra turbina.
Caída Voltaje monofásica = (2*ϕ*L*I)/S [V]
Caída Voltaje monofásica = (2*0,017*14*1,5)/3,31
Caída Voltaje monofásica = 0,21 V
Donde: L = longitud del cable [14 m]
I = corriente activa [1,5 A] ϕ = resistividad,
0,017 cobre sección transversal del
conductor [3.31
S = mm]
Y el porcentaje de la misma es:
% Caída Voltaje = CV* 10/12
% Caída Voltaje = 0,21* 10/12
% Caída Voltaje = 0,18%
Donde: CV= 0,21 V
CAPÍTULO 4. Propuesta de diseño.
Se tuvo como premisa hacer uso de la mayor
cantidad de materiales de reciclaje y chatarra para
aminorar el impacto de la huella de carbono y la vez
disminuir costo. La mayoría de la mecanización se
realizó personalmente o con la cooperación de
amigos y familiares en la zona más cercana posible
al lugar del ensamble.
4.1 Diseño de turbina.
Para el diseño de la turbina se escogió el la turbina
tipo Savonius por las ventajas expuestas en la
sección 2.1.2B y las piezas.
La turbina es básicamente tres medios barriles
unidos por dos abrazaderas de platina tipo punta de
diamante mediante tornillos a las palas, estas giran
en un eje de tuvo galvanizado de 3/4". A la vez están
unidas entre sí por un marco de angular de hierro de
1” de ancho para darle rigidez al momento de girar.
Él tuvo endosa en un eje de lo que fuera trozo de
barra, que fue torneado para este fin, además es
ajustado
mediante
dos tornillos
prisioneros para evitar la
vibración.
El eje gira sobre un par de
muñoneras colocadas en
una caja de angular donde
también se alinearon un
juego de poleas de 12” en
el eje de la turbina y otra
de 2” en el generador. Es
importante que en las poleas se hicieron “nidos”
en el eje para poder asegurarlos.
Para poder alinear el centro de masa de la turbina
con él tuvo que nos sirve de torre, se utilizó una
placa de hierro de 1/8" y se atornillo para que se
posible desmontar la turbina por efecto de
mantenimiento como sería un cambio de fajas o
daños en el mismo generador.
También se utilizó la base para colocar un
velocímetro con el que se midió la velocidad de
giro de la turbina.
En lo respectivo a la construcción tanto de la base
como del mismo Savonius
los mayores retos fueron en
el alineamiento de las piezas
ya que evitar la vibración en
un proceso mecánico
sometido a la intemperie
toma mayor complejidad, ya
que, hay que tener en cuenta
que a corto plazo las piezas
se fatigarán así que el
alineamiento de las
estructuras es aún más
importa. Fig. 11. Base en
angular.
Fig. 10.Turbina Savonius.](https://image.slidesharecdn.com/revistapaper1-180916143704/85/Revista-paper-1-53-320.jpg)
![54
Esto se logró cumpliendo con
• Se realizó el levantamiento de las
necesidades de consumo eléctrico básicas
de hogares en esta condición, se pudo
realizar un marco de referencia para el
diseño eléctrico del mismo.
• Se llevó a cabo el levantamiento del
croquis eléctrico a las instalaciones
actuales. Determinando requisitos como
caídas de voltaje, y calidad de los
materiales a utilizar.
• Se ejecutó el estudio y diseño de un
sistema de generación eólica que cumplió
con las necesidades de los puntos 1 y 2.
• Se construyó en el campo un modelo de
generación que pudo acercarse a las
necesidades teóricas, buscando la
satisfacción del estudio delos puntos 1 y 3.
5.2 Recomendaciones
• Es de vital importancia tener todos los
materiales inventariados ya que al trabajar
en un lugar tan distante, se vuelve
especialmente complejo el poder ir a
comprar o conseguir desde un tornillo
hasta una herramienta; por lo que se
recomienda hacer un listado de
necesidades cada vez que se llegue al
campo.
• El definir cuál o cuáles elementos serán
limitantes para el proyecto (en nuestro
caso el generador) es la primera prioridad
y se deben de enfocar todos los esfuerzos a
resolverlo ya que esto evitará rediseños y
ajustes en el camino.
• La recomendación más importante es
disfrutar el proceso ya que la frustración es
inherente en a este tipo de proyectos al no
existir planos o estudios que nos sirvan de
guía, por lo que siempre vale la pena
recordar las sabias palabras: “Siempre se
resuelve de lo sencillo a lo complejo”.
• Se recomienda implementar este tipo de
sistema en zonas donde no se cuente con
cobertura eléctrica.
• Se recomienda tomar en cuenta la
posibilidad de comercializar esta solución,
ya que aunque acá en el país la zona sin
cobertura eléctrica es muy escaza a nivel
centro americano es muy amplia, por lo
que en realidad se encuentra hay una
amplia oportunidad de negocio.
5.3 Agradecimientos
A Dios por ser el primer y gran inventor, por su
amor infinito. A los amigos de desvelos y
profesores que formaron y deformaron
pensamientos en nuestro centro de estudio. Al
Ing. Mario Picado por no solo ser un ejemplo
como profesional y personal sino por enseñarme
a pensar por que funcionan las cosas y que
procesos hay detrás. A mi esposa Rebeca y mi
hijo Lucas quienes siempre me retan a seguir
pensando en inventos nuevos, por su amor y
compañía… Eternamente GRACIAS..!
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cables trifásicos para
600 V a 60 Hz y 75° C (167° F) Vista panorámica desde el frente de la cas](https://image.slidesharecdn.com/revistapaper1-180916143704/85/Revista-paper-1-55-320.jpg)
![63
A causa de esta conexión directa, el motor
empezará a girar en la dirección inversa de frenado.
5 Conclusiones y
Recomendaciones
5.1 Conclusiones
1) Los diseños para centrifugas son variados, lo
más común que se utiliza en la actualidad son
los controladores por PIC, sin embargo, en la
C.C.S.S. no cuentan con los equipos de
programación para PICS, lo cual no es una
alternativa viable a utilizar.
2) Los talleres de la C.C.S.S. tienen muchas
limitantes con respecto a poder invertir en
investigación o pruebas.
3) Debemos tomar en cuenta; que en nuestro
mercado de componentes electrónicos se ha
limitado mucho el hecho de conseguir
variedad en componentes, lo cual nos limita a
encontrar diversidad en opciones.
4) Dado lo anterior; este diseño se centró en algo
simple; que sea factible de construir e
implementar en la C.C.S.S. con componentes
fáciles de conseguir y así tener una opción
viable para realizar modificaciones;
justificadas como reparaciones en las
centrífugas de la institución.
5) A nivel de programas para la creación de
circuitos electrónicos, me fue bastante difícil
el poder acceder a un programa que contenga
todos los elementos para desarrollar circuitos.
Por lo tanto, se utilizaron métodos más
rudimentarios.
6) Al término de este proyecto, se cumplen los
objetivos planteados ya que este circuito se
puede implementar en centrifugas de varias
marcas, utilizando todos los demás elementos
que posean los equipos.
5.2 Recomendación
El problema planteado en este estudio se refiere a
las centrífugas de laboratorio clínico, sin embargo,
la C.C.S.S. posee una gran gama de equipos
médicos diversos, los cuales es muy probable que
padezcan problemas muy similares al planteado.
Por lo tanto, es conveniente que la Institución cree
un departamento de investigación e innovación;
donde se les dote de todos los recursos necesarios
(software, equipos de programación para PICS,
confección de impresos) para que puedan realizar
arduas investigaciones y de estas surjan soluciones
apropiadas y viables para remediar problemas en
los equipos médicos que conllevan el dar de baja
equipos que pueden ser rescatables.
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de investigacion/2007/vol4/no4/4.pdf
[22]](https://image.slidesharecdn.com/revistapaper1-180916143704/85/Revista-paper-1-65-320.jpg)
Subido porNicolás Fallas
Revista paper 1
Este documento describe cómo la combinación de robots submarinos con tecnologías emergentes como Internet de las Cosas e Inteligencia Artificial podría generar nuevas oportunidades para abordar problemas globales como la contaminación de los océanos y el cambio climático. La recopilación y análisis masivos de datos de los océanos conduciría a un desarrollo más sostenible y ayudaría a superar las limitaciones humanas para comprender el comportamiento de los océanos. La cuarta revolucción industrial fusionará tecnologías físic
![Diapositivas De La Historia Y Al Tecnologia[1]](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/diapositivasdelahistoriayaltecnologia1-091022191949-phpapp02-thumbnail.jpg?width=640&height=640&fit=bounds)
![Diapositivas De La Historia Y Al Tecnologia[1]](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/diapositivasdelahistoriayaltecnologia1-091021190308-phpapp02-thumbnail.jpg?width=640&height=640&fit=bounds)
Revista paper 1
- 1. REVISTA PAPER REPOSITORIO IIC- 2018 NICOLAS ANTONIO HERNANDEZ FALLAS UNIVERSIDAD CENTRAL DE COSTA RICA
- 2. 1 El siguiente documentocontienen la recopilación de paper entregados en el segundo cuatrimestre ordinario del 2018, en la universidad central de costa Rica. Los Paper aquí utilizados pertenecen por completo a sus autores intelectuales por lo que no se realiza ningún cambio al contenido, cada documento fue presentado para cumplir requisitos en optar por el bachillerato en ingeniería en electrónica.
- 3. 2 REPOSITORIO PAPER IIC- 2018 Nuevas oportunidades y retos generados por Internet de las cosas e Inteligencia Artificial en los robots submarinos: explorando la 4ta Revolución Industrial .................................................................................. 3 Alejandro Gómez Sánchez........................................................................................................................... 3 Propuesta de diseño de alarma residencial de bajo costo utilizando micro controlador de código abierto .......................................................................................................................................................................... 14 Allan Retana Parra..................................................................................................................................... 14 SISTEMA DE SIMULACION DE PROTOCOLO CAN BUS CON ARDUINO..................................... 20 Martín Mora Hernández. .......................................................................................................................... 20 PROPUESTA DE UN SISTEMA DE CONTROL AUTOMATICO PARA EL SECADO DE CAFÉ ....................................................................................... 28 Josue Jiménez Solano................................................................................................................................. 28 Prototipo de un sistema de detección de fatiga con reconocimiento de objetos para automóviles de bajo costo ................................................................................................................................................................. 39 Lucrecia Gómez Hernández ...................................................................................................................... 39 “DISEÑO DE SISTEMA DE PRODUCCIÓN ELÉCTRICA EN LA ZONA DE PIJIJE DE BAGACES PARA HOGARES EN CONDICIÓN DE PRECARIO”. ................ 45 Keylor Mauricio López López................................................................................................................... 45 Diseño de Circuito Controlador de Velocidad para Centrífugas de Laboratorio Clínico ....................... 56 Harley Chacón Prado................................................................................................................................. 56 Implementación de sistema de descargas eléctricas para GDTs (Gas Discharge Tubes) conforme el estándar UL 497B Sección 22. ....................................................................................................................... 65 Fernando Estrada Hernández ................................................................................................................... 65
- 4. 3 Nuevas oportunidades yretos generados por Internet de las cosas e Inteligencia Artificial en los robots submarinos: explorando la 4ta Revolución Industrial Alejandro Gómez Sánchez Facultad de Ingeniería Escuela de Electrónica y Electromecánica Universidad Central San José, Costa Rica. a6gomez@gmail.com Abstract- The current underwater robots are the most important tool used for the study of the water masses of the planet, without them it would not be possible to research and explore the oceans. This work exposes the advantages and possibilities of generating new ideas that help us find solutions to the big global problems we face, such as pollution of the oceans, global warming and climate change. The combination of the robots with the components of the Fourth Industrial Revolution as the Internet of Things and Artificial Intelligence will provide the massive collection and analysis of information of the oceans and will lead to sustainable development, it will be possible to overcome our limitations and we will have the means to understand the behavior of the oceans. Palabras clave: robot submarino, Cuarta Revolución Industrial, Internet de las cosas, Inteligencia Artificial, desarrollo sostenible. INTRODUCCIÓN Los actuales robots submarinos cumplen con sus funciones de diseño, han demostrado ser eficientes en sus distintas tareas, su labor está garantizada y sabemos que seguirán siendo utilizados en diversos campos, pues son esenciales y necesarios para trabajos submarinos donde el ser humano no tiene alcance. Nos encontramos en una transición entre la tercera revolución industrial y los inicios de la cuarta, el asombroso avance de las tecnologías informáticas digitales y el desarrollo de la inteligencia artificial nos abren puertas que hasta hace poco ni siquiera imaginábamos, obligando a todas las industrias a rediseñar los métodos de manejo de información y procesos de producción para así hacerle frente a los nuevos desafíos y oportunidades que se avecinan. Es por medio de este artículo que se pretende demostrar el enorme potencial que trae la 4ta revolución tecnológica al combinar la industria electromecánica, Internet de las cosas e Inteligencia Artificial. Las herramientas desarrolladas permitirán dar un paso más en la evolución del ser humano, habrá que cuestionar cómo hemos venido haciendo las cosas y en qué nos vamos a convertir. Será de vital importancia para la investigación científica y exploración submarina, pues así encontraremos la manera de dar con las soluciones a problemas globales como el calentamiento global, crisis del agua y contaminación de los océanos, solo por mencionar unos pocos, dado que muchas otras áreas se verán también beneficiadas. Los robots han marcado un cambio radical en el mundo actual, para entender sus antecedentes debemos hacer referencia a lo sucedido no hace más de 300 años, cuando en el siglo XVIII la primera revolución industrial dio un gran paso, pues de una economía basada en la agricultura y el comercio rural pasamos a una economía de carácter urbano industrializada y mecanizada. La introducción de las máquinas y la aplicación de ciencias y tecnologías en procesos de producción, dieron lugar a la construcción de ferrocarriles y barcos a vapor que utilizaron fuentes energéticas como el carbón y que, en conjunto con las vías férreas, carreteras y canales ampliaron y mejoraron las comunicaciones. La segunda revolución industrial es marcada por un cambio en los procesos de industrialización y un nuevo modelo económico. Innovaciones tecnológicas permitieron utilizar nuevos materiales (aleaciones de hierro, concreto), nuevas fuentes de energía (gas y petróleo) abrieron paso al uso de motores de combustión interna, éstos fueron impulsores para nuevos sistemas de transporte (aviones y automóviles) y la electricidad permitió mejoras en las comunicaciones (teléfono y radio). Se abrió paso al término "globalización" y con ello un cambio en el factor de trabajo, sistemas educativos y
- 5. 4 científicos, además modificóel tamaño y la gestión de las empresas. La tercera revolución es como trabaja la actual industria, herramientas electrónicas como los ordenadores y tecnologías de información se utilizan para la producción automatizada, a esta etapa se le conoce como científico- tecnológica o revolución digital. Se caracteriza por la invención del Internet y uso de energías renovables. El uso generalizado de circuitos lógicos digitales y sus tecnologías derivadas conducen a la computación digital, mejoras en las comunicaciones; teléfonos móviles digitales y redes. Hoy en día los robots constituyen una de las partes más importantes de la industria comercial, su papel en la manufactura, montaje y ensamblaje son de primer orden, desplazando a los humanos y realizando trabajos con mayor precisión, mejor desempeño y menor costo. Se les adjudican grandes avances en ciencias médicas, pues forman parte de los laboratorios y los equipos que hacen posibles brindar una mejor calidad de vida, a la vez gracias a ellos es que se avanza en el desarrollo de la microelectrónica y conocimientos cuánticos que nos llevarán al éxito como especie por lograr manipular la materia a nuestro antojo. Si de algo estamos seguros es que la robótica es el futuro. Aunque todavía nos encontramos desarrollando y optimizando estas tecnologías, los crecimientos se están dando de manera exponencial y vemos cambios que rápidamente nos conducirán a la próxima etapa: la 4ta Revolución Industrial. Se dice que esta nueva fase será caracterizada por una fusión de tecnologías que vendrían a difuminar las líneas entre las ramas física, digital y biológica. En el mundo de la investigación científica y exploración los robots son los protagonistas. Si bien nuestro pasado nos ha caracterizado por una ambición de conocimiento y exploración, hemos llegado a un punto en donde nuestras limitaciones físicas no nos permiten continuar, es aquí cuando requerimos la ayuda de los robots. El universo siempre nos ha cautivado, deseamos saber de dónde venimos y cuál es nuestro propósito en la vida, buscamos respuestas más allá de nuestro mundo y gracias al avance de la tecnología es que logramos ver y descubrir lo que hay allá afuera en el espacio interestelar. Lo curioso es que actualmente conocemos más de los cuerpos celestes que de nuestros propios océanos, donde se podrían encontrar estas respuestas. Gracias a los robots que ayudaron a construir otros robots (naves espaciales, satélites, telescopio espacial Hubble) es que tenemos imágenes de galaxias a miles de millones años luz de nuestro Sistema Solar. Contamos con mapas detallados de nuestros planetas vecinos, pero no de nuestro fondo marino. Podemos la huella del inicio del universo hace 13500 millones de años, pero desconocemos cómo serán los próximos 30. Por la misma razón acudimos a tan importantes herramientas tecnológicas, éstas nos ayudarán a comprender mejor en los próximos años cómo es que funciona este planeta. Los robots submarinos podrán acceder a lugares donde los científicos más lo necesitan, realizar estudios y recolectar muestras. Al combinar los componentes de la cuarta revolución industrial como Internet de las cosas e Inteligencia Artificial con la Electromecánica aplicada a los robots encontraremos la riqueza de obtener un aumento exponencial en el volumen de datos, más información, conocimientos, sabiduría y mayores oportunidades de negocios, continuaremos brindando aportes científicos y se generarán nuevas formas de manejar la información. CONTENIDO A. Robots submarinos, el origen. El hombre y la fuerza de tracción animal han sido las principales fuentes para realizar trabajo, a través de la historia los procesos han sido mejorados para aumentar la eficiencia y producción, es por eso que se crearon las máquinas, facilitan las operaciones repetitivas que implican más precisión y fuerza, tareas peligrosas y en general donde se manifiestan las limitaciones del ser humano. Un robot es una máquina programable capaz de realizar tareas automatizadas. Debido a su definición es difícil ubicar su origen, pues hay registros que datan del año 2000 A.C, donde artilugios mecánicos egipcios presentaban un tipo de movimiento automatizado. En el siglo XV iglesias y catedrales utilizaron mecanismos automáticos para sus relojes. En los siglos XVI y XVII estos mecanismos coordinados autómatas son adaptados al entretenimiento como cajas de música, bailarinas, teatro, relojes de bolsillo, entre otros. Los primeros robots son de origen terrestre, desde los más avanzados que operan en la industria, producción, ensamblaje, pruebas y distribución, hasta un simple juguete como un carro de control remoto. Luego de la creación del avión y el helicóptero a finales del siglo XIX y principios del siglo XX respectivamente, surgen los robots aéreos a los cuales comúnmente se les llaman “drones”, estos dispositivos son de uso recreativo, profesional y militar. Los robots acuáticos datan de a mediados del siglo XIX, cuando en 1864 en Austria, Luppis-Whitehead Automobile crea un vehículo submarino programable no tripulado (USNUM, 2016), luego en 1953 Dimitri Rebikoff crea el primer vehículo operado remotamente llamado Poodle (RovMarine Technologies, 2018), pocos años después en 1966 el ejército de los Estados Unidos utilizó esta tecnología para recuperar armas nucleares en el fondo marino producto de un accidente aéreo cerca de Palomares, España. En 1973 la primera misión de rescate utilizando vehículos no tripulados tuvo éxito al rescatar dos pilotos británicos a 500 metros de profundidad, pues el submarino en el que viajaban tuvo desperfectos y no les fue posible volver a la superficie por su cuenta.
- 6. 5 Fig. 1 Poodle,1953. Primer vehículo submarino operado remotamente. La familia de robots submarinos no tripulados se puede clasificar según su autonomía. Los vehículos remotamente operados (ROV) reciben señales por medio de cables unidos al vehículo o de manera inalámbrica, son controlados por pilotos al recibir instrucciones desde el puesto de control a distancia. Los vehículos autónomos (AUV) son los que están programados y realizan tareas determinadas sin control humano y los vehículos semiautónomos (IAUV) son los que reciben comandos y realizan tareas programadas. Las especificaciones de diseño de los dispositivos varían según las tareas a realizar, los componentes básicos de un robot submarino son una estructura rígida, propulsores y sistemas de control. Los utilizados para inspección u observación tienen luces, sensores, cámaras fotográficas, cámaras de video y sistemas de posicionamiento o navegación, éstos permiten una mejor maniobrabilidad y navegación por parte de los operadores, además de registrar datos de interés. Los de manipulación son más complejos, pues poseen brazos robóticos, pinzas, sensores, recipientes para muestras de campo, entre otros. Los ROV de trabajos pesados de construcción, corte y soldadura requieren herramientas especiales. Fig. 2 Brazo robótico “Predator” realizando trabajos en las profundidades del océano. Diversos tipos de propulsión pueden ser usados para darles movimiento, como impulsores de hélices, inyección, también pueden ser planeadores, bio-inspirados, magneto hidrodinámicos o de tracción. Los componentes que forman un robot submarino están comprendidos entre los sistemas electromecánicos, poseen motor eléctrico, sistemas hidráulicos, fuentes de energía, controladores, convertidores de señal, tarjetas electrónicas, mecanismos robóticos y herramientas convencionales. Fig. 4 Cableado del sistema eléctrico del robot. Cuentan con variedad de sensores para navegación, control y registro de datos, entre ellos encontramos GPS (sistema de posicionamiento global), IMU (unidad de medición inercial), brújula de estado sólido, brújula digital, giroscopios, acelerómetros, sensores ópticos, velocímetro Doppler, sonares, sensores de profundidad y posicionamiento acústico (Moreno, 2014). Los sensores presentan variedad de diseños y tipos según las especificaciones de los fabricantes. Fig. 3 Algunos componentes del robot submarino.
- 7. 6 Fig. 5 Variedadde instrumentos usados para investigaciones científicas submarinas. B. Efecto dominó, problemas globales. La Organización de la Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO) advierte que es necesaria una intervención inmediata a solucionar los problemas que agreden al mundo. Entre los principales problemas se encuentran la contaminación ambiental, calentamiento global, cambio climático y crisis del agua. Hay un elemento importante en el que estos problemas coinciden: el océano. (Organización de las Naciones Unidas para la Educación, Ciencia y Cultura, 2018) La Organización Meteorológica Mundial (World Meteorological Organization, WMO), La Comisión Oceanográfica Intergubernamental (Intergovernmental Oceanographic Commission, IOC) y Consejo Internacional para la Ciencia (The International Science Council, ISC) son las principales entidades patrocinadoras del Programa Mundial de Investigaciones Climáticas (WCRP), éste facilita el análisis y la predicción del cambio en el sistema de la Tierra para su uso en una gama de aplicaciones prácticas de relevancia directa, beneficio y valor para la sociedad. El programa tiene como objetivo determinar la previsibilidad del clima y el efecto de las actividades humanas en el clima. Muchas otras organizaciones alrededor del mundo universidades, centros científicos y empresas se suman para ser parte de este programa (Programa Mundial de Investigaciones Climáticas , 2018). La UNESCO actualmente se encuentra mejorando nuestra relación con los océanos por medio de la educación pública, con el fin de fomentar la investigación y la difusión del conocimiento científico. Es urgente entender los cambios medioambientales que suceden a nivel mundial y se requiere la cooperación internacional con el objetivo de ampliar el conocimiento de la naturaleza, el océano y las zonas costeras para alcanzar una mejor gestión, desarrollo sostenible, la protección de ecosistemas y una mejor toma de decisiones. La División de Objetivos de Desarrollo Sostenible (DSDG) es la plataforma central dentro del sistema de las Naciones Unidas para el seguimiento y el examen de la Agenda 2030 para el Desarrollo Sostenible, esta agenda fue aprobada por los jefes de Estado y Gobiernos para establecer un plan de acción para las personas, el planeta y la prosperidad. Un listado de diecisiete Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) establece una serie de metas, entre ellas: #6 Garantizar la disponibilidad y la gestión sostenible del agua y el saneamiento para todos, #13 Tomar medidas urgentes para combatir el cambio climático y sus impactos, #14 Conservar y utilizar de forma sostenible los océanos, los mares y los recursos marinos (United Nations, 2015). Una vista más amplia permite apreciar la cadena de problemas que en serie y de forma paralela están relacionados: la sobrepesca no controlada, el aumento de gases de efecto invernadero en la atmósfera, el exceso de fertilizantes, materia orgánica, químicos, insecticidas, metales pesados, petróleo y plásticos que terminan en nuestros océanos, diversos estudios se llevan a cabo para entender cómo se pueden solucionar estos problemas. El Director General de FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura) menciona en la publicación 2018 el estado mundial de pesca y acuicultura: en el 2016 se alcanzó un pico máximo en la producción de pescado, 171 millones de toneladas y que el 88% fueron directamente para consumo humano. Tomando en cuenta que se provee para mediados del siglo XXI que la población ascienda a 9000 millones de habitantes, los recursos no serán suficientes para abastecer tal demanda (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, 2018). La Conferencia de los Océanos realizada por las Naciones Unidas en junio de 2017, dejó clara la prioridad de encontrar soluciones concretas para revertir el deterioro en el estado de salud de los océanos y mares. Uno de los puntos importantes tratados en la conferencia fue el uso del océano como basurero. En su informe mencionan: “Los desechos de plástico matan un millón de pájaros y unos cien mil mamíferos marinos al año. Se estima que el 80% de la polución marina procede de actividades en la tierra” (Naciones Unidas, 2017). Datos suministrados por Dumpark Data Science (Nueva Zelanda) junto con el aporte de investigadores de Estados Unidos, Chile, Francia, Sudáfrica y Australia brindaron un estimado de la contaminación de basura plástica, aproximadamente 269 millones de toneladas flotan en los océanos (GREENPEACE, 2016). Pequeños fragmentos provenientes de piezas de mayor tamaño y partículas microscópicas representan la mayor amenaza, estos residuos son ingeridos por animales que luego consumimos, resultando dañino para la salud de la fauna y la seguridad alimentaria mundial (UNEP, 2016).
- 8. 7 Fig. 6 Distribuciónglobal del conteo de partículas plásticas según su tamaño. La existencia de la vida se debe en gran parte al efecto invernadero que se produce naturalmente en el planeta, los gases presentes en la atmósfera actúan como reguladores globales de temperatura, el dióxido de carbono, óxido nitroso y metano son los principales responsables de este fenómeno, en el cual parte de la energía de radiación emitida por el Sol es retenida en la atmósfera. Luego de la revolución industrial, las actividades humanas como la quema de combustibles fósiles y la tala de árboles han aumentando las concentraciones de estos gases en la atmósfera, provocando un calentamiento excesivo del planeta. Los océanos absorben el 30% de dióxido de carbono proveniente de la atmósfera y un 80% del calor generado por los gases de efecto invernadero (ACNUR Comité Español). Como consecuencia los océanos se calientan y los glaciares se están derritiendo, elevando el nivel de las aguas, afectando a los ecosistemas de arrecifes, a las ciudades costeras y manglares. El dióxido de carbono disuelto en el agua también cambia su composición química, variando su nivel de acidez (acidificación) y afectando el crecimiento y reproducción de las especies que lo habitan. Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia en conjunto con organizaciones internacionales analizan los datos de estudios de concentraciones de oxígeno en los océanos del planeta. La materia orgánica en descomposición que va a parar a los mares y lagunas aumenta la producción de algas, y con esto una disminución en los niveles de oxígeno. El nivel de oxígeno en los océanos es crucial para todos los organismos, pero en especial para los crustáceos, peces y moluscos, pues a diferencia de otros estos grupos extraen el oxígeno del agua. Durante los últimos 50 años ha sido alarmante la disminución de oxígeno disuelto en los mares. Los fertilizantes e insecticidas que utilizamos de una u otra manera terminan en los ríos, dañando los ecosistemas. La variedad de químicos que van a parar a los ambientes acuáticos afectan al plancton, conjunto de pequeños y microscópicos organismos animales (zooplancton) y vegetales (fitoplancton) que viven en los océanos, esos diminutos organismos representan la mayor parte de la biomasa en los océanos, regulan las cantidades de oxígeno y son el pilar de la cadena alimenticia. Se estiman que alrededor del 90% del oxígeno en la atmósfera es producido en el mar por el fitoplancton. C. Robots, los dueños del océano. Las investigaciones que se llevan a cabo requieren de un gran esfuerzo internacional, pues 71% de la superficie del planeta está cubierta por agua, esto es aproximadamente 364 millones de Km2 . Son muchas los obstáculos que limitan la acción del ser humano en este campo. Adentrarse en el océano involucra enormes recursos económicos, grandes compañías alrededor del mundo cuentan con el apoyo de sus gobiernos, de patrocinadores y socios de talla mundial, estos aportes científicos y financieros en su mayoría provienen de potencias mundiales: Australia, Austria, Canadá, China, Finlandia, Alemania, Japón, Nueva Zelanda, Rusia, Estados Unidos. En el continente americano han tomado iniciativa países en vía de desarrollo como Chile, Argentina y Brasil. Para poner en marcha grandes proyectos se requiere de una embarcación acondicionada con la tecnología necesaria para realizar las investigaciones en oceanografía física, geología y biología. Personal para la navegación de la nave, técnicos e ingenieros para el manejo y mantenimiento de los robots y equipo tecnológico, logística para coordinar las operaciones y científicos especializados en distintas áreas para la investigación y toma de muestras. Fig. 7 Robot submarino instalando sondas de temperatura y recolectando burbujas de metano. Los robots submarinos son capaces de soportar altas presiones debido al peso de la columna de agua por encima de ellos, logran descender y realizar los trabajos que se requieren.
- 9. 8 La presión deun líquido o gas se define como la cantidad de fuerza que se ejerce sobre una unidad de área. En la superficie del mar se experimenta una presión absoluta de 101,3 kPa debido a la atmósfera, dicho valor es comúnmente conocido como 1 atmósfera (1 atm). A 100 metros de profundidad en el océano esta cantidad aumenta aproximadamente a 10 atm. Es común para los humanos el buceo recreativo a 20 metros bajo la superficie, se recomienda no sobrepasar los 40 metros, pues a estas profundidades las presiones sobre el cuerpo crean burbujas de nitrógeno en la sangre, este efecto tiene como resultado dificultad de concentración y pérdida de conciencia. El record mundial para buzos ronda los 300 m equivalentes a 28 atm, esto conlleva un gran riesgo hasta para los buzos más experimentados. Se estima que en promedio los océanos tienen una profundidad de 3900 m (371 atm), y su punto más profundo a 11.000 m (1046 atm), que es lo mismo que 1100 kg en un área de 1 cm2 , poco más de una tonelada sobre la uña del dedo índice. La variedad de sensores, herramientas y equipos utilizados en el fondo marino deben estar diseñados para desempeñarse apropiadamente en ambientes hostiles. Además de la presión hidrostática, la salinidad de las aguas, materiales fuertes no corrosivos, y las temperaturas extremas son algunas de las variables más importantes, los océanos polares manejan temperaturas abajo del punto de congelación del agua 0° C, y cuando se estudian las fuentes hidrotermales en el fondo marino, las aguas y gases expulsados pueden registrar temperaturas de hasta 400 °C. Debido a las necesidades en otros campos estas máquinas se han adaptado para brindar apoyo a los buzos en trabajos de construcción cerca de la superficie, construcción de estructuras en el medio acuático, cableado, tuberías, torres petrolíferas, entre otros. La Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de los Estados Unidos (NOAA) es la mayor agencia en el continente americano. Se dedican a comprender y predecir los cambios en el clima, los océanos y las costas con el fin de compartir el conocimiento e información para conservar y administrar los ecosistemas y recursos marinos. Poseen una gran flota en el océano Atlántico y Pacífico (NOAA, 2018). Entre sus asociados se encuentra Ocean Exploration Trust, organización sin fines de lucro fundada en 2008 por el oceanógrafo Dr. Robert Ballard, reconocido por sus aportes a la arqueología submarina y por recibir la Medalla Nacional de Humanidades en su país de origen Estados Unidos. Entre sus expediciones sobresalen el descubrimiento del barco Titanic, el acorazado Bismarck y el transatlántico Lusitania. (Ocean Exploration Trust, 2018) Ocean Exploration Trust se dedica puramente a la exploración oceánica, lideran y participan en programas internacionales que se centran en la exploración científica del lecho marino, la mayoría de sus expediciones se realizan a bordo del buque de exploración (E/V) Nautilus. Además de llevar a cabo investigaciones científicas, ofrecen expediciones a los exploradores en tierra a través de video en vivo, audio y datos desde el campo. Este equipo de científicos tiene a disposición 2 robots submarinos de alta tecnología, el ROV Hércules y ROV Argus. ROV Hércules tiene la capacidad de sumergirse hasta 4000 metros y el tiempo de trabajo se limita a condiciones del clima o mantenimiento de los equipos, se ha registrado hasta 74 horas de trabajo continuo. (Ocean Exploration Trust, 2018) Estos robots tienen participación en la colocación y mantenimiento de los sistemas de detección temprana de terremotos y tsunamis, realizan trabajos para Ocean Networks Canada, que es el observatorio con cables marinos más grande del mundo en exploración, investigación y comunicaciones oceánicas, este proyecto es impulsado por Bamfield Marine Sciences Center (BMSC) campus compartido de las universidades de Victoria, Columbia Británica, Alberta, Calgary y Simon Fraser en Canadá. Además realizan monitoreos de la bioturbación y componentes químicos y biológicos. (University of Victoria, Canada, 2018) Hércules y Argus son robots multifuncionales, son esenciales para realizar tareas simples y complejas en el fondo marino. Sin ellos no sería posible conectar instrumentos en las Fig. 8 ROV Hércules Fig. 9 ROV Argus
- 10. 9 profundidades o calibrarlosuna vez instalados. Permiten realizar y monitorear lecturas del perfil de conductividad, presión, temperatura, oxígeno disuelto y turbidez a lo largo de la columna de agua. Toman muestras de agua a diferentes profundidades, colocan sondas de temperatura, utilizando ventosas y núcleos obtienen muestras del suelo marino, utilizan dragas para cavar agujeros, realizan transectos (técnica de observación de flora y fauna siguiendo una trayectoria para hacer un estudio detallado), obtienen muestras biológicas utilizando biocajas. Gracias a los brazos robóticos pueden operar instrumentos de mano, como cierres herméticos para atrapar los gases de los respiraderos hidrotermales y burbujas de gas de las filtraciones de metano. D. Un mar de oportunidades. La tercera revolución industrial está desarrollando los componentes que formarán la 4ta revolución, Internet de las cosas, Inteligencia Artificial, robótica, Transformación Digital, BigData, Impresión 3D, Blockchain son los principales conceptos que cambiarán los actuales modelos industriales, comerciales, educación y científicos. (Tech Target, 2017) En la década de 1960, las necesidades militares entre los sistemas de comunicaciones dieron inicio a un conjunto de redes interconectadas, este sistema llamado Internet (Interconnected Networks) luego evolucionó y se adaptó para uso institucional. La nueva herramienta hizo posible que ARPA (Advanced Research Projects Agency) pusiera en operación la primera red de computadores, conectando cuatro universidades a través del territorio de los Estados Unidos (Tech Target, 2017). En poco tiempo se convirtió en una herramienta de uso empresarial y público, dando lugar a la conexión de miles de redes informáticas. Actualmente es la red global informática que cubre al mundo entero, conecta miles de millones de dispositivos que utilizan tecnología informática, computadores y teléfonos móviles. A través de estas conexiones se comparte información entre las redes utilizando un conjunto de guías definido como “El Protocolo de Control de Transmisión/Protocolo de Internet” (TCP/IP). Esta tecnología trajo una importante mejora en las comunicaciones y tras pocos años de uso el Internet se expande sin precedentes. En 2009 el tecnólogo Kevin Ashton del Instituto de Tecnología de Massachusetts, hace mención pública del tema y describe cómo todos los objetos físicos con los que interactuamos pueden estar conectados a la red. “Internet de las cosas”. Este concepto se estaba investigando desde 1999 en los centros del MIT. Internet de las cosas se puede entender como la conexión y comunicación de todo lo que nos rodea. Cuando billones de dispositivos se interconectan compartiendo información en la red las aplicaciones son ilimitadas. Sensores colocados en todos los objetos con los que interactuamos día a día transmitirán información a la red mundial donde luego los datos serán asociados y analizados. Esto permitirá optimizar todo lo que hacemos. Las tantas ramas de las ciencias difuminarán sus fronteras. Para entender un poco más cómo será el futuro cercano se necesita comprender el concepto de Inteligencia Artificial. Inteligencia es una definición todavía abierta porque no conocemos todas las variables, se define como la capacidad o habilidad de recibir información, pensar, razonar, aprender, analizar y elegir qué acción tomar ante determinada situación. Los humanos nos distinguimos de las demás especies vivientes por presentar una inteligencia superior, el término Inteligencia Artificial debe ser el mismo, pero generado por procesadores computacionales. Un programa computacional que presente estas características y que muestre autoaprendizaje será considerado como inteligente. Una máquina poseerá esta habilidad cuando exhiba inteligencia. Cuando los datos que obtienen los sensores son cargados a Internet, la Inteligencia Artificial será capaz de analizar y correlacionar gran cantidad de información, habilidad que los humanos no estamos capacitados para dominar. Es así que se pretende un cambio radical en todo lo que hacemos, combinando el Internet de las cosas con la Inteligencia Artificial se podrá percibir, recolectar, transmitir, analizar y distribuir datos a escala masiva, esto cambiará el modo en que se procesa la información, la humanidad tendrá el conocimiento y la sabiduría necesaria para sobrevivir, mejorar y prosperar en los próximos años, décadas y siglos. Se logrará expandir el negocio, no solo de la investigación y exploración, se podrán hacer trabajos para otras ramas de las ciencias, brindar mantenimiento e inspecciones, la arqueología, geografía, topografía siempre va a necesitar ampliar sus conocimientos, cartografía submarina. E. Futuro. Actualmente para manejar un robot submarino se requiere de un equipo de personas calificadas, prácticamente una por cada función, controlar la estructura, manipular los brazos robóticos, control de navegación, audio y video, cámaras, lecturas de sensores, coordinador y comunicaciones, además del equipo que se encarga de colocar y sacar el robot del agua cuando estos son de gran tamaño. Se requieren en distintas áreas una variedad de capacitaciones y conocimiento específico por los trabajos a realizar en el campo.
- 11. 10 Fig. 10 Equipotrabajando para colocar el ROV en el agua. Involucra el trabajo conjunto de ingenieros y técnicos en muchas ramas: informáticos, electrónicos, eléctricos, mecánicos, matemáticos, logística, biólogos marinos, geólogos, vulcanólogos, en general variedad de científicos. Con la compilación de datos masiva y las nuevas formas de interpretar la información podremos ver nuevos patrones y comportamientos de los océanos, especies, migración, generar modelos que nos lleven a lograr el equilibrio de los ecosistemas y la sustentabilidad de los recursos, saber cómo enfrentar el cambio climático y retroceder efecto del calentamiento global La gestión de las empresas, compañías, gobiernos cambiará por completa la manera en que vivimos y manejamos los recursos. DISCUSIÓN Actualmente está en marcha la construcción del más grande observatorio submarino, la red de cables vincula sensores que recolectan datos en tiempo real para la investigación científica. Ocean Networks Canada en conjunto con Ocean Exploration Trust están instalando una red de Internet submarino, la infraestructura de generadores, cables y sensores monitorean continuamente el pulso y los signos vitales de los entornos marinos y costeros. Sin embargo esto es abarca solo la zona norte del océano Pacífico y se requiere una mayor cobertura en todos los océanos. Los científicos necesitan dispositivos capaces de acceder al fondo marino para obtener lecturas de los océanos, realizar trabajos y tomar muestras. Una vez en las profundidades es posible utilizar los instrumentos CTD para realizar y monitorear los valores del perfil de conductividad, presión, temperatura, oxígeno disuelto y turbidez a lo largo de la columna de agua, también utilizar dispositivos Niskin para tomar muestras de agua a diferentes profundidades, realizar la instalación y mantenimiento de sondas de temperatura y los equipos de alerta de terremotos y tsunamis. Para este tipo de operaciones los dispositivos deben que soportar altas presiones y temperaturas extremas, deben también ser capaces de permanecer bajo el agua salada por largos periodos de tiempo. Aproximadamente a los mil metros por debajo de la superficie el mar se oscurece en su totalidad, la luz del sol no logra penetrar y con un promedio de 3900 metros de profundidad sabemos que es un mundo oculto a nuestros ojos. La mayoría de robots operan por encima de los 3000 metros, los de uso científico e industrial entre los 4000 y 6000 metros, muy pocos se diseñan para alcanzar mayores profundidades. Apenas estamos “aprendiendo a nadar”, se requiere aumentar la capacidad de estos dispositivos para llegar más profundo y lograr estudiar los fondos marinos, cada vez que se realizan exploraciones a estas profundidades se hacen nuevos descubrimientos, los involucrados se asombran por la gran cantidad de especies que habitan los lugares en los que creíamos que la vida era imposible. Más allá de nuestros cielos se encuentra el espacio, un ambiente hostil incompatible con la vida, es una gran hazaña de ingeniería orbitar la Tierra e involucra una inversión económica enorme, en la historia de la humanidad no más de 600 personas han salido de la atmósfera terrestre, solo 12 astronautas han pisado la Luna y resulta que únicamente 3 personas han visitado la Fosa de las Marianas, el lugar más profundo de nuestro océanos. Nos hacen faltan muchas cosas por descubrir y estamos buscando respuestas en el lugar equivocado, debemos ver hacia el interior de nuestro planeta, o sea los océanos, y aceptar la realidad de que es nuestro único hogar, no es una solución abandonarlo. Sólo el 5% de los fondos oceánicos han sido mapeados, básicamente tres cuartos de la superficie del planeta no han sido exploradas. Con la llegada de la cuarta revolución industrial los robots submarinos cambiarán, se abre un mercado para el uso de energías renovables, proyectos de turbinas eólicas en medio del océano pueden abastecer centrales de robots, generados de electricidad sumergidos alimentados por las corrientes oceánicas, el uso de paneles solares fijados en boyas flotantes, aprovechamiento de las mareas y olas para generar energía, son oportunidades para desarrollar e implementar, rompiendo la limitante del cableado cerca de la costa y logrando extendernos mar adentro. Cualquier relación que tengamos con los mares tendrá incorporada Internet de las cosas, barcos pesqueros, buques de transporte, guardia costera de todo el mundo, variedad de robots, cada uno de estos elementos puede suministrar datos valiosos continuamente y en tiempo real, brindando un volumen de datos que de otra forma llevaría décadas, y no hay mucho tiempo disponible, tenemos que actuar pronto o cruzaremos el punto de no retorno. Todas estas “cosas” podrán adquirir información y almacenarla en la red. Inclusive rocas y animales podrán contar con microchips y sensores auto sustentables, ya sea usando energía por calor corporal o movimiento. Los futuros robots podrán contar con su propia inteligencia artificial y ser independientes, muchos de ellos serán comandados por la inteligencia artificial de organizaciones,
- 12. 11 universidades. Existirán variedadde diseños de robots para desempeñar distintas tareas como recoger basura, filtrar aceites, químicos, petróleo, en fin limpiar los océanos, ríos y lagos. El avance de la nanotecnología nos traerá más posibilidades, si colocamos micro robots con Internet en las corrientes marinas, en poco tiempo se lograrían cubrir grandes distancias, mejorando la obtención de lecturas, estudios más detallados, un mejor monitoreo de temperaturas, nivel de gases disueltos en las aguas, salinidad, acidez, velocidad de las aguas submarinas. La Inteligencia Artificial de los robots en conjunto con la Inteligencia Artificial de la red central determinarán los planes más eficientes para saber dónde es más conveniente tomar medidas primero y qué hacer, definir los trabajos por prioridad e importancia, en base al análisis de los estudios, procesar información, encontrar patrones, hacer correlaciones con otras aplicaciones y otras ramas, pues de la misma forma “todo” estará vinculado y compartiendo información, inclusive las personas. Si nos referimos a otros mercados es de suma importancia mencionar la amplia gama de aplicaciones que estas tecnologías pueden brindar. Hay un mercado abierto para los robots submarinos. Se utilizan en salvamento, en misiones de búsqueda y rescate, recuperación de cuerpo y objetos, búsqueda de tesoros. Existe la ventaja de que fácilmente se pueden adaptar herramientas al sistema del robot para realizar distintas operaciones, como cuando se requieren tareas de manipulación precisa, es posible colocar instrumentos y sensores adicionales. En el área militar se cuenta con estos dispositivos tecnológicos para la detección y desactivación de minas submarinas, espionaje y recuperación de armas, embarcaciones, aviones derribados y desastres, como por ejemplo el ocurrido en 2011 cuando se produjeron vertidos radiactivos al océano, la causa de debió a fallas en los sistemas de la Planta Nuclear de Fukushima, producto de un terremoto y tsunami. Son herramientas de inspección de represas hidroeléctricas, muelles, plataformas petrolíferas y de gas, mantenimiento de embarcaciones, tuberías submarinas o supervisión de trabajos y asistencia a buzos en el medio acuoso. La robótica submarina es un tema poco desarrollado en el país, pues es complicado hallar información de origen nacional y en el idioma español. Costa Rica siempre se ha destacado a nivel mundial por su biodiversidad en flora y fauna, la riqueza de sus mares y al importancia que tienen sus ecosistemas marinos para las especies que migran alrededor del mundo. Es también un punto estratégico para la geología y de interés vulcanológico por pertenecer al Cinturón de Fuego del Pacífico y estar ubicada sobre la placa tectónica Caribe y en contacto con la placa del Coco. Contamos con acceso a los océanos Atlántico y Pacífico, una posición geográfica envidiable por otros países. Si nos atrevemos a dar el paso en este mercado, podemos aportar información valiosa a la red mundial, también se puede sacar provecho para lograr una sostenibilidad financiera, siendo líderes y ejemplo para abrir oportunidades de negocios a otros países latinoamericanos. Costa Rica posee el intelecto, las materias y la tecnología, somos un país pequeño y sería grandioso que nos llegaran a conocer por generar nuevas ideas y poner en marcha proyectos aplicando las herramientas que la cuarta generación trae. El aporte de la ingeniería electromecánica será desarrollar y brindar herramientas con la finalidad de acelerar los estudios y la comprensión de nuestros ecosistemas oceánicos para proponer soluciones y así contribuir en la búsqueda del desarrollo sostenible. Lograr la sostenibilidad en el planeta será clave para cubrir nuestras necesidades y garantizar el bienestar de las generaciones futuras. Primero debemos cambiar nuestra mentalidad, los cambios implican temores, preocupaciones y riesgos. La aplicación y prueba de Internet de las cosas e Inteligencia Artificial ya se están dando, innovadoras herramientas dan paso a una nueva manera de ver y hacer todo lo que conocemos. La visión y desarrollo de los nuevos proyectos será aplicada por los actuales profesionales en la industria, pero será también necesario cambiar los actuales modelos de educación, los estudiantes tendrán que prepararse para temas que están en desarrollo. En un futuro cercano muchos de los actuales profesiones no tendrán campo de trabajo, pues se afirma que los robots reemplazarán más puestos que los que se generarán. Desde ya las escuelas y universidades pueden implementar nuevas materias y carreras, que cumplan con la futura demanda, controlar y anticipar la preparación de sus graduados en temas de la Cuarta Revolución Industrial y sus componentes. Los científicos de Costa Rica participan en investigaciones nacionales e internacionales, sin embargo producto de esta investigación se revela que únicamente la Universidad de Costa Rica posee un ROV de inspección en el país y permanece inactivo. Organizaciones, instituciones, universidades, comunidades y la empresa privada podrán ser parte de las soluciones, con la participación de todos se podrán disminuir los costos y dar accesibilidad a países no desarrollados. La urgencia es abastecer de información por medio de estudios en tiempo real y de manera continua la condición de los océanos. La electromecánica es una de las ingenierías intermediarias entre el mundo físico y el digital, lo que garantiza el lugar en el mercado y la industria del ingeniero electromecánico. Esta profesión está presente en todo el proceso, desde el diseño de las máquinas y su construcción, hasta la puesta en marcha y mantenimiento de las mismas. Es un hecho que esta revolución industrial modificará todas las áreas de la industria. En la actualidad cada mejora que se le realice a cada uno de los componentes de un robot submarino traerá beneficios, pero esto no basta. Ya están a disposición nuevas herramientas
- 13. 12 para trabajar eimplementar, Internet de las cosas e Inteligencia Artificial nos da la oportunidad de colocar más sensores en las profundidades del mar sin el elevado costo que hoy en día implica, la fabricación masiva de chips y sensores disminuirán los costos. Podremos cubrir más áreas del océano y monitorear en tiempo real los datos suministrados a las redes de Internet, con un mayor volumen de datos los estudios serán más precisos y podrán ser analizados en poco tiempo por la Inteligencia Artificial, pues está es capaz de procesar grandes cantidades de información y encontrar patrones o comportamientos y relacionarlos con otras lecturas, inclusive permitiría hacer relación individual de contaminación de cada persona y rastrear las fuentes para su control, detectar los niveles de contaminación de ríos o lagos permitiendo tomar acciones antes de que afecten otros cuerpos de agua y sea demasiado tarde. Sabemos cómo llegar a ser exitosos, la meta está a la vista y solo hace falta voluntad para recibir la nueva era, pero aquí está la diferencia, pues el cambio tiene que lograrse si todos cooperamos. CONCLUSIONES Los robots submarinos son fundamentales para el progreso de las actividades que se desarrollan en el océano, permiten seguir aportando conocimiento de lugares donde el ser humano no tiene alcance. Componentes de la Cuarta Revolución industrial como el Internet de las cosas y la Inteligencia Artificial en combinación con la robótica producen infinidad de aplicaciones para nuevas oportunidades de desarrollo. Los robots van a seguir permitiendo explorar el océano. Se demuestra la importancia de obtener más información en tiempo real y continuo de los océanos del planeta para entender sus comportamientos. La Electromecánica tiene el futuro garantizado. La robótica continuará superando las limitaciones humanas, adquiriendo más importancia y participación. Está al alcance tomar acciones que nos conduzcan a un desarrollo sostenible utilizando las herramientas para administrar los recursos y encontrar soluciones a los problemas globales. Así podremos dar paso a la 5ta Revolución Industrial. RECOMENDACIONES Elaborar estudios sobre cómo disminuir los costos que las operaciones oceánicas requieren, es prioridad para que los países poco desarrollados también dispongan de estas tecnologías. Desarrollar e implementar proyectos que utilicen energías limpias renovables, esto contribuirá a la autonomía de las tecnologías que se usarán en la 5ta. Mejorar la preparación de los electromecánicos en temas referentes a los componentes de la Cuarta Revolución Industrial. AGRADECIMIENTOS A mis padres, Luis y Ester. Por su apoyo en todo momento. A mis hermanas Karina y Yesenia, su guía y apoyo me motivan para superar los obstáculos de la vida. REFERENCIAS [1] ACNUR Comité Español. (s.f.). Los 5 principales problemas del mundo actual. Obtenido de https://eacnur.org/blog/principales-problemas- delmundo-actual/ [2] Barja, L. (2017). Sobre Historia. Obtenido de https://sobrehistoria.com/todo-sobre-la- revolucionindustrial/ [3] Capocci, R. (2017). Inspection-Class Remotely Operated Vehicule, a Review. Marine Science and Engineering. [4] Carreras, M. (2012). Inspección visual subacuática mediante robótica submarina. Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial. [5] Comité Español de Automática. (2008). Libro Blanco de la Robótica. España: CEA. [6] Drake, N. (2014). National Geographic. Obtenido de https://www.nationalgeographic.com/magazine/2018 /03/astronauts-space-earth-perspective/ [7] E/V Nautilus. (2018). Entrevista Ingeniera Biológica, Piloto de ROV Argus. Estados Unidos, Canadá. [8] E/V Nautilus. (2018). Entrevista Ingeniera de Video, Bióloga Marina. Estados Unidos, Canadá. [9] Enzmann, R. (2014-2018). ROV Planet. ROV Planet. [10]GREENPEACE. (2016). Plásticos en los océanos. Obtenido de https://archivo- es.greenpeace.org/espana/Global/espana/2016/report /plasticos/plasticos_en_los_oceanos_LR.pdf [11]Las Naciones Unidas, ONU. (2018). Naciones Unidas. Obtenido de http://www.un.org/es/sections/issues-depth/globalissues- overview/index.html [12]Marine Technology Society. (s.f.). Marine Technology Society. Obtenido de http://www.rov.org/rov_history.cfm [13]Moreno, H. A. (2014). Robótica Submarina: Conceptos, Elementos, Modelado y Control. Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial. [14]Naciones Unidas. (2015). Objetivos de Desarrollo Sostenible. Obtenido de https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/objet ivos-de-desarrollo-sostenible/ [15]Naciones Unidas. (2017). Conferencia sobre los océanos. Obtenido de http://www.un.org/es/conf/ocean/ [16]National Academy of Sciences. (2015). Sea Change. United States: National Academy of Sciences.
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- 15. 14 Propuesta de diseñode alarma residencial de bajo costo utilizando micro controlador de código abierto Allan Retana Parra Facultad de Ingeniería Escuela de Electrónica y Electromecánica Universidad Central San José, Costa Rica. allanrp83@gmail.com Resumen- En la actualidad que se vive día con día, muchos hogares no cuentan con la seguridad necesaria, 21 robos a viviendas suceden cada día durante este año del 2018 según noticias Repretel; el cual es un gran problema, ya sea porque las personas creen que no necesitan un sistema de seguridad o porque no pueden pagar uno de estos porque es demasiado costoso. Ante la problemática anteriormente expuesta es que se opta por una solución, de seguridad electrónica mediante la creación de un prototipo de alarma residencial, el cual no sea tan costoso como los sistemas de seguridad actuales. Este circuito se trabajara de una forma sencilla con el micro controlador arduino, a su vez acompañado con el software del mismo, a medida que se avance con la alarma, el usuario aprenderá a hacer sus propios ajustes como cambios de tiempo, ya que tanto la instalación en el micro controlador como la programación en el software son muy amigables para el usuario. Abstract- Currently living day by day, many homes do not have the necessary security, 21 home thefts happen every day during this year of 2018 according to news Repretel; which is a big problem, either because people believe they do not need a security system or because they cannot afford one of these because it is too expensive. Faced with the above-mentioned problems is that you opt for a solution, electronic security through the creation of a residential alarm prototype, which is not as expensive as current security systems. This circuit will work in a simple way with the Arduino microcontroller, in turn accompanied with the software of the same, as the alarm advances, the user will learn to make their own adjustments as time changes, since both the Installation in the micro controller as the programming in the software are very user- friendly. I. INTRODUCCIÓN Las alarmas actuales cumplen con ciertos parámetros de diseño, han demostrado ser eficientes en sus distintas funciones, y a pesar que seguirán siendo utilizadas en diversos campos de seguridad. Que no evitan una situación anormal, pero sí son capaces de advertir de ella, cumpliendo así, una función frente a posibles problemas. Es por medio de este trabajo que se quiere establecer esta nueva opción. Las herramientas con las cuales debe contar, conexiones de entrada, para los distintos tipos de detectores, y conexiones de salida, los cuales logren activar otros dispositivos que serán los que se ocupen del funcionamiento, esto dependerá mucho de los problemas que se estén enfrentando en ese momento. El campo de sistemas de seguridad es muy amplio, cual es la mejor solución para los problemas actuales, alarmas de sistema cableado los cuales pasan los cables a través de paredes y debajo de los pisos de lugares sensibles tales como garajes, puertas delanteras y traseras y ventanas de la planta baja que conectan hasta los sensores que detectan la intrusión. Como resultado, el número de localizaciones de un sistema de cableado puede estar limitado por el cableado físico. Los sistemas de cableado pueden ser costosos de instalar, pero son menos susceptibles a la interferencia los sistemas inalámbricos. O tal vez alarmas inalámbricas las cuales se conectan a un centro de control central a través de sensores infrarrojos o de ondas de radio en lugar de utilizar cables fijos, permitiendo a los usuarios elegir lugares para la instalación de sensores. Además de las funciones exteriores de la alarma, existen otros elementos tales como las cámaras de seguridad, los sensores de movimiento y las alarmas de puertas que utilizan tecnología inalámbrica para detectar peligro tanto como sea posible y reportar a la central de control. Sin embargo son muy susceptibles a la interferencia o piratería de la misma manera que los sistemas inalámbricos de Internet. O como última opción los sistemas de monitoreo los cuales son una combinación de ambos pueden ser inalámbricos o cableados. Además de alertar a los propietarios de las viviendas acerca de las amenazas potenciales, estos sistemas contactan de manera automática a las empresas de seguridad en los centros de llamadas remotas para realizar respuestas de emergencia. Las empresas generalmente venden paquetes que incluyen un sistema de alarma física y una suscripción a su servicio de monitoreo remoto. Los paquetes completos generalmente ofrecen monitoreo de cámaras de seguridad, con opciones de respuesta de emergencia y con el software que permite a los usuarios gestionar la seguridad del hogar desde un teléfono celular o una computadora portátil. Sin embargo tienen tarifas muy elevadas por mes para brindar este servicio y son muy susceptibles a la interferencia o piratería.
- 16. 15 La tecnología nose detiene todos los días, descubren nuevas opciones o innovaciones para sistemas de seguridad en sus diversos campos. II. CONTENIDO A. Diseño del prototipo. Este prototipo se ha desarrollado con fines de estudio y demostrativo, su diseño es llevar a cabo en una protoboard, la cual está fabricada para todo tipo de circuitos de prueba; este prototipo debe contar con leds indicadores tanto de encendido como de apagado, un buzzer, un teléfono celular, transistores, cables conectores, una placa arduino, resistencias, relevador, diodo semiconductor, sensor magnético y software, en la parte de software utilizaremos el siguiente: 1. Software arduino 1.8.5 Este software es muy amigable y sencillo de programar en este se ha programado por medio de las funciones o sentencias for y else que el prototipo siga la siguiente secuencia; cuando se abra una ventana o puerta de la residencia este debe tardar un lapso de 10 segundos tanto a la hora de entrada como de salida en este caso (el tiempo de espera se programa a petición del usuario), si durante ese lapso el usuario no desconecto la alarma; esta activara la sirena provocando un sonido alterno durante 5 segundos; luego de esos 5 segundos enviara un mensaje sonoro al celular del usuario y seguirá activada la sirena durante un minuto aunque la puerta o ventana se vuelva a cerrar en este caso( el tiempo en que la sirena siga sonando se programa a petición del usuario). Fig. 1 Software arduino 1.8.5. 2. Arduino atmega 2560 Este es un micro controlador el cual fue diseñado como entrenador o placa de estudio para estudiantes de universidad o colegios técnicos, por medio de este arduino el prototipo de alarma. Este consta de varios pines digitales y analógicos los cuales se pueden programar a conveniencia sean como entradas o como salidas. Fig. 2 Arduino atmega 2560. 3. Leds de Alta Los diodos emisores de luz se dividen en leds de alta y leds de baja, se escogieron como luces piloto o indicadoras, por su mayor durabilidad y además como lo dice el término son de alta luminosidad, además son de muy fácil manejo y conexión. Siendo el led verde el que indica el encendido y el led rojo el apagado. Fig. 3 Leds de alta. 4. Transistor 2n2222a Se escogieron estos transistores por la razón de ser de baja potencia, porque lo que manipulara será corriente continua de muy bajo amperaje, son de muy fácil manipulación y conexión.
- 17. 16 Fig. 4 Transistores. 5.Resistores 330ᾨ Este tipo de resistencias sirven como limitadores de corriente, se escogieron del calibre y ohmios necesarios por los cálculos que se realizaron, además son dispositivos muy duraderos y de fácil conexión. 6. Buzzer Se selecciona este dispositivo debido a que es confines demostrativos y prácticos, su uso es más fácil de manipular debido a que trabaja con corriente continua y una tensión de los 3voltios a 24 voltios, además su conexión es bastante sencilla. No como la sirena que trabaja con corriente alterna, por lo cual hay que tener más cuidado de no mezclar la parte de control con la de potencia. Esta es una placa de pruebas la cual fue diseñada para el montaje de circuitos o prototipos con el fin de verificar su buen funcionamiento, antes de llegar a imprimir el circuito ya físicamente, de esta forma evitando alguna anomalía, entonces se escogió esta placa primero para verificar el buen montaje y funcionamiento de este prototipo de alarma hibrida. De esta manera que los cálculos estén bien realizados, que no haiga sobrecalentamiento de dispositivos y si hay que hacer alguna corrección de seguridad, o del prototipo de la alarma se puede corregir en el momento. Fig. 7 Protoboard. 8. Relevador El relevador es el dispositivo que se encargara de manipular la parte del celular, por medio de este controlaremos la parte inalámbrica. . 7. Protoboard Fig. 5 Resistores.
- 18. 17 Fig. 8 Relevador 9.Diodo 1n4007 Este dispositivo va en paralelo con la bobina del relevador y es que el diodo en este caso, es un dispositivo de seguridad para el circuito, lo protege de una sobre corriente que se produce en la bobina o mejor dicho una corriente inversa por lo cual el diodo debe estar colocado en polaridad inversa a la alimentación del relevador . Fig. 9 Diodo 10. Celular El celular es la parte inalámbrica de este prototipo de alarma hibrida, este debe ser un celular de teclado para poder ubicar fácilmente la tecla de llamada hacia otro celular en este caso al celular del usuario. Fig. 10 Celular. 11. Sensor magnético Este dispositivo electrónico fue seleccionado no solo por su fácil conexión sino también porque es muy rígido y estable a la hora de su funcionamiento, este dispositivo es muy importante puesto que funciona en conjunto con el buzzer y el celular. Fig. 11 Sensor magnético. 12. Prototipo final Este prototipo fue desarrollado con fines demostrativos de la siguiente manera, cuando se enciende el prototipo se encenderá el led rojo indicando que la alarma está funcionando en ese momento, cuando se abre el sensor magnético este dará un tiempo de 10 segundos para que el usuario la desconecte; en caso contrario que exceda los 10 segundos se encenderá el led verde y al mismo tiempo se activara el buzzer emitiendo un sonido alterno, de esta forma después de 15 segundos sumando los 10 primeros segundos se activara el celular, emitiendo una llamada telefónica al número que el usuario digita en dicho celular de la alarma. Una vez activada la alarma este no debe dejar de sonar aunque se vuelva a cerrar el sensor magnético, hasta que haya transcurrido un minuto aproximadamente; de la misma manera sucede con el celular no dejara de emitir la llamada
- 19. 18 telefónica hasta queel usuario conteste y cuelgue o lo haga la contestadora. Fig. 12 Prototipo. Fig. 13 Prototipo. III. DISCUSIÓN Con frecuencia cuando se habla de la finalidad de comprar un sistema de seguridad con alarmas para casas o alarmas para negocios se piensa en que los equipos nos “protejan o nos salven” de la entrada de un ladrón al hogar. Sin embargo, este equipo trabaja mayormente comunicando que este caso se registre. Los sistemas de alarma cableados son todos aquellos que comunican a los dispositivos, por el medio de transporte séales mediante cables, no obstante en casos de fallos eléctricos, corte de cables; provocan la ausencia del sistema, de igual forma los sistemas inalámbricos, estos sensores se comunican vía radio con la central. Su instalación es más sencilla, pero también se enfrentan a otros problemas como los inhibidores de frecuencia que intentan interrumpir esa señal inalámbrica. La alarma siempre debe tener más de una vía de comunicación, ya que en caso de anularse; alguna siempre debe quedar en alerta. Si un ladrón entra en nuestro hogar, inmediatamente será detectado por los sensores de movimiento que pondrán en alerta el sistema de seguridad. Esta característica es la mínima que debe poseer un sistema de seguridad. El tiempo que se dispone para salir del domicilio una vez activada la alarma es de 35 segundos (es gradual). Sin embargo, puede variarse el parámetro en función de sus necesidades. Lo aconsejable es que no se superen los 45 segundos según el protocolo, de la misma forma con el tiempo durante el cual sonará la alarma depende de las condiciones de activación y de las opciones de preferencia. En cuanto a los costos de instalar un sistema de seguridad electrónico en el hogar decir que estos varían de acuerdo a las necesidades al nivel de protección que se quiera abarcar con este, también influyen en el costo el tamaño de la propiedad a proteger y su localización geográfica. IV. CONCLUSIONES La idea de este proyecto fue diseñar un prototipo de seguridad electrónica hibrido (con su parte cableada y inalámbrica) para residencias, mediante el uso del software arduino 1.8.5, que emita notificaciones sonoras de advertencia al usuario. Y así poder conocer el funcionamiento de sistemas de alarma híbridos y como debe trabajar este tipo de sistemas, también las condiciones mínimas con las que debe contar. Se procedió a ensamblar y programar un sistema de alarma demostrativo en la protoboard, utilizando un arduino atmega 2560 y el software arduino 1.8.5. Y a realizar las pruebas necesarias al sistema para comprobar que es funcional y de gran ayuda para dicho fin, que es la seguridad del mismo. También fue necesario realizar pruebas preventivas y correctivas para el prototipo, atravez de cálculos matemáticos y así evitar que este sistema de seguridad electrónica sufriera sobrecalentamientos y daños a los dispositivos que forman parte de este diseño. RECOMENDACIONES El funcionamiento de los sistemas de alarma requiere análisis, tanto en la parte de programación o estrategia como en la parte de control y es mediante la investigación de diferentes áreas de proceso, que se podrá obtener los resultados deseados, debido a que todos estos sistemas de control de seguridad son muy complejos. Es necesario apoyarse sea con la experiencia de profesionales que tienen sus años trabajando para dichas áreas o en revistas, libros o páginas web y de esta manera lograr un buen resultado del análisis de estos sistemas de seguridad electrónica. Es óptimo utilizar la lista de los componentes necesarios para este prototipo de seguridad residencial, para tener un control adecuado del mismo y de esta manera saber con qué se puede contar o no en caso de emergencia. Esta lista se encuentra en apéndices del trabajo final.
- 20. Además es importanteque la programación como la 18. https://es.wikipedia.org/wiki/Fusible instalación sean realizadas por el mismo usuario y no sea 19. https://es.wikipedia.org/wiki/Sirena_(instrumento subdividido el trabajo en dos partes y así garantizar que el _ac%C3%BAstico) sistema ya instalado en la residencia sea 100%funcional. 20. https://es.wikipedia.org/wiki/Reed_switch Además se determino mediante estudios de mercado 21. https://es.wikipedia.org/wiki/Transistor realizados que el pic 16f84a es más económico que el 22. https://es.wikipedia.org/wiki/Rel%C3%A9 arduino atmega 2560, además es más pequeño, por eso es más 23. https://es.wikipedia.org/wiki/Diodo fácil de manipular a la hora de la instalación. También se recomienda que en todas las puertas y ventanas de la propiedad se utilicen los circuitos integrados ya sea NOT, AND, OR, como acople para adherir más sensores magnéticos, como se muestra en el ejemplo de apéndices del trabajo final. En lugar de conectarlos directamente de los pines de entrada ya sea en el arduino o pic. Y además sustituir el buzzer que trabaja con corriente directa y no emite sonidos tan fuertes como lo hace la sirena, la cual trabaja con corriente alterna, solo se tendría que reemplazar el transistor por un relevador para que de esta forma trabaje tanto la parte de control como de potencia por separado y evitar accidentes, todos estos cambios generan mayor presupuesto. AGRADECIMIENTOS Primero quiero darle las gracias a Dios porque sin el nada sería posible y por haberme dado la salud y fuerza para llegar hasta aquí. A Recope y mis compañeros del Departamento, que sin su ayuda no fuera sido posible darle continuidad a mis estudios. A la Universidad Central y mis profesores, quienes no solo sacaron su tiempo y dedicación, sino que además me brindaron su amistad y apoyo incondicional, para seguir adelante y por último, pero no menos importante a mis compañeros(as) de carrera con quienes compartí momentos muy agradables. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Echavarría, R. B. (2013). Investigación: Un camino al conocimiento. En R. B. Echavarría, Un enfoque cualitativo, cuantitativo y mixto. (págs. 123-124). San josé: Universidad estata a distancia. https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_alarma https://www.geniolandia.com/13092143/cualesson -los-diferentes-tipos-de-sistemas-de-alarma https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm https://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_de_verdad https://unicrom.com/codigo-de-colores-de- lasresistencias/ https://es.wikipedia.org/wiki/Mapa_de_Karnaugh http://jamangandi2012.blogspot.com/2012/10/qu e-es-arduino-te-lo-mostramos-en-un.html https://es.wikipedia.org/wiki/Led https://es.wikipedia.org/wiki/Resistor https://es.wikipedia.org/wiki/Puerta_OR https://es.wikipedia.org/wiki/Puerta_AND https://es.wikipedia.org/wiki/Puerta_NOT http://www.ti.com/product/SN7432 http://www.ti.com/product/SN74LS08 http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn7404.pdf https://es.wikipedia.org/wiki/Interruptor
- 21. 20 SISTEMA DE SIMULACIONDE PROTOCOLO CAN BUS CON ARDUINO MARTÍN MORA HERNÁNDEZ. Facultad de Ingeniería Escuela de Electrónica y Electromecánica Universidad Central Dirección Postal. morahdz- 1@hotmail.com. Abstract- This report contains information based on the functionality of a CANbus simulation system, whose purpose is to solve a reliability problem related to the diagnosis of automotive equipment. The simulator is made up of an Arduino Mega module, in charge of storing the base programming and as an intermediary between the data read and what the user can see on his computer. It also has two additional systems that are the CANbus shield and a Micro SD shield. The CANbus shield is responsible for establishing stable communication with the vehicle network, for reading and interpreting data. The data is read in real time and can be extracted under various conditions, which allows a greater reliability of the prototype. The reading of data is supported by means of a Micro SD shield that is responsible for storing the data extracted and processed by the modules mentioned above. The complete simulator will be used for the reproduction of the data in a diagnostic table through the data that are already stored and in order to establish an adequate functioning of the equipment reported with problems. The main focus of the system is aimed at instrument panels that are mostly automotive equipment that present greater difficulty of simulation I. INTRODUCCIÓN Este documento expone un tema que ha tenido un auge exponencial dentro del campo automotriz y que es de gran importancia para comunicación interna de diferentes módulos que conforman el sistema de control del automóvil. Basados en el protocolo CANbus se pretende realizar un simulador que tenga la capacidad de captar la información que este transmitiendo algunos módulos en específico. Se habla de realizar un filtro de la información que está viajando en el sistema multiplexado, ya que la finalidad del proceso es poder realizar una simulación de datos como RPM, velocidad, combustible y temperatura en un banco de pruebas, sin necesidad de tener conectado un sistema completo en la mesa de trabajo. Dicha idea está fundamentada en una necesidad presente en un laboratorio de diagnóstico de equipo automotriz. Se desea ampliar los alcances del proyecto, haciendo una posible base de datos que registre los distintos protocolos que se puedan extraer de los diferentes vehículos, marcas y modelos, que presenten la necesidad de una inspección para el descarte de fallos de funcionamiento. El proyecto estará basado en el uso de un controlador Arduino, además de un módulo específico de enlace CANbus con la capacidad de interpretar el lenguaje en estudio. II. OBJETIVO Diseñar un sistema por medio de un controlador Arduino, que interprete los datos presentes en una red de comunicación automotriz, para almacenarlos y luego reproducirlos, con el fin de hacer una simulación casi exacta en una mesa de diagnóstico de módulos de control electrónico. III. JUSTIFICACIÓN
- 22. 21 La idea sepresenta a través de una necesidad percibida en la Empresa Computación Automotriz. Esta empresa se dedica a diagnosticar y reconstruir módulos de control periférico, pero que con el pasar de los años y el aumento exponencial de la tecnología en dicho campo, ha detectado que ciertas pruebas quedan incompletas por falta de equipos de simulación. Con el fin de solventar esta necesidad se propone crear un sistema de simulación económico y de horizontes amplios que se encargue de almacenar los datos de las marcas que requieran de un diagnóstico completo, en los módulos que más comúnmente presentan problemas. IV. DESARROLLO A. Vehículo. El montaje del sistema está pensado para desempeñarse de forma adecuada en cualquier marca y modelo de vehículo que cuente con la tecnología CANbus. En este caso se toma un carro al azar, que permita tener accesibilidad para realizar una serie de pruebas de funcionamiento y mejoras. Según algunos registros se dice que la marca Mercedes Benz fue la primera empresa en incorporar este sistema en el año de 1992, pero por el tipo de mercado automovilístico presente en Costa Rica es más común identificarlo en modelos más nuevos. Se habla de modelos más nuevos a partir del año 2005, que es donde las marcas de carros más reconocidas en el país empiezan a incluir este sistema de forma más fuerte. En este proyecto se pretende utilizar un carro de fabricación asiática que puede ser un sistema más común y fácil de conseguir (Toyota, Honda, Nissan, Suzuki, Hyundai, Kia, etc.). Además de ser marcas más comunes, también son sistemas que con frecuencia necesitan un proceso de diagnóstico para el descarte de problemas. B. Diagrama de bloques de lectura de datos Ilustración 1.Diagrama de bloques de lectura C. Diagrama de bloques de envió de datos Ilustración 2.Diagrama de bloque de envío
- 23. 22 D. Actuadores Se hacemención de los actuadores ya que son parte fundamental del proyecto. Se define como actuador el componente o dispositivo encargado de realizar una función o controlar un sistema externo a él, ejemplo en la parte automotriz se le considera actuador al sistema de inyección o al sistema de encendido o chispa. En este caso se tomaran como actuadores a los dispositivos encargados de lectura, envío y almacenamiento de datos. Puede que con el diseño del sistema se confunda un poco la función de lectura con el funcionamiento de un sensor, pero a diferencia de este último, el sistema propuesto no hace una lectura con la finalidad de modificar el comportamiento de otro sistema, sino que solo interpreta los datos y los almacena, sin alterar ninguna función. Por otra parte no es razonable mencionarlo como un simple lector, ya que una vez leídos y almacenados los datos, el mismo sistema se encarga de retransmitirlos, por medio de unas modificaciones simples de programación. E. Programación La propuesta del proyecto está basado en la plataforma Arduino y por lo tanto se utiliza un lenguaje de programación de alto nivel. A través de investigación se determinan varias librerías que se implementan como base de programación para un funcionamiento adecuado del sistema. Las librerías deben ser modificadas y acopladas a las necesidades de cada uno de los procesos internos del simulador de CANbus. Dos de estar librerías están relacionadas directamente el protocolo de comunicación y la otra se refiere más al proceso de almacenamiento y clasificación de datos. F. Contruccion del prototipo Como se mencionó anteriormente, el prototipo se conforma de tres circuitos básicos, además de piezas adicionales que permitan complementar el funcionamiento total del simulador. A continuación de mencionaran los componentes utilizados en la elaboración del proyecto. Shield CANbus El Shield de CANbus se puede decir que es la interface de comunicación entre la red del Automóvil y el Prototipo de simulación. Este sistema con un CAN V2.0B transmite a una velocidad de hasta 1Mbps, utilizando como transceptor el MCP2551, además de una interfaz SPI. Si se utilizan las librerías adecuadas se puede lograr incorporar un modelo capaz de comunicarse por medio de un adaptador OBDII a DB9 y se alguna manera simplificar las conexiones. Más adelante se mostrara de qué manera es utilizado el Shield CANbus en el simulador. Shield Micro SD Ya se comiendo un poco de la placa CANbus, parte importante para la comunicación del sistema, pero no menos importante es el Shield Micro SD. Este módulo adicional del sistema es utilizado para el almacenamiento de datos en lo que se podría catalogar como base de datos. Lo importante de este sistema es que se pueden lograr grandes cosas y de forma muy ordenada. Cada una de las lecturas de datos puede ser registrada en archivos separados con nombre específico de los modelos de vehículos registrados. Se puede decir que es la forma más real y exacta de archivar lo que sucede en la red de un vehículo a tiempo real. Cable OBDII Se podría considerar el complemento más sencillo y quizás menos importante del sistema,
- 24. 23 pero por locontrario es la manera más adecuada sencilla de enlazar el conector de integran entre ellos, además de la comprobación de parte de su funcionalidad. Inicialmente se sobrepone el Shield CANbus al Arduino mega, ya que si puede llamar así, dicha placa es de montaje superficial y eso simplifica mucho su utilización.
- 25. 24 Como se puedeobservar en la siguiente imagen, la comunicación del Mega con la placa CANbus se realiza a través de sus mismos pines de montaje. Como punto de partida se analiza la utilización del puesto ICSP para la comunicación del Arduino con el Shield CANbus por lo que se creería que no es necesario un controlador con tantas entradas y salidas, pero con el avance del proyecto se considera probable que la integración de otros módulos pueden ser necesarios e importantes para conformar un sistema eficiente. Se sugiere que el simulador debe ser autosuficiente y capaz de almacenar los datos de diferentes modelos de vehículos. En Ilustración 5.Estructura de conexión cable DB9/OBDII este punto es donde entra en juego la incorporación del Shield Micro SD, un sistema muy económico y fácil de usar. Actualmente dicho modulo ronda un precio de ₡2500 y es de fácil acceso, con diferentes modelos a escoger. Aquí también se explica cómo es que los tres sistemas se unen para crear un sistema capaz de solucionar una necesidad del mercado y con un precio accesible. V. INTEGRACIÓN DEL SISTEMA. Se ha hecho una reseña breve de cada una de las piezas que conforman el simulador. Ahora es tiempo de explicar cómo se Teniendo el sistema de conexión listo, por medio de código de programación es posible tener una lectura correcta de los datos en vivo del vehículo, datos que luego serán utilizados para la simulación y comprobación de funcionamiento de equipos específicos, principalmente los paneles de instrumentos. Aquí se muestra el conjunto de piezas acopladas entre sí. Ilustración 6. .Integración de módulos del simulador Teniendo el sistema de lectura listo es posible tomar los datos de un vehículo en diferentes condiciones, pretendiendo inicial con el registro en la base de datos. En el proceso se logra ver el comportamiento
- 26. 25 del flujo dedatos además de la facilidad con la que el lector identifica cada uno de ellos. Uno de los vehículos utilizados es un Honda CRV año 2008 con el que se obtienen los primeros resultados. Ilustración 7. Pruebas en Honda CRV Con la interacción entre el vehículo y la interface de lectura se hace el registro de cada una de las ID que viajan en la red de comunicación así como dato especifico que se está enviando en esa ID. Ilustración 8. Extracto de Datos en Ralentí En este punto es de gran importancia sumar un sistema capaz de archivar los datos extraídos de la red de comunicación. Por tanto se anexa el Shield Micro SD mencionado anteriormente. Ilustración 9. Representación de conexión del Micro SD Como se puede observar en la ilustración anterior, esta es una placa adicional muy simple y pequeña que aporta gran funcionalidad al proyecto, además incorporado con las demás piezas posiblemente se obtenga el resultado tan deseado por la propuesta. Según información recopilada, existen varias versiones de Shield micro SD, pero la que se muestra en la ilustración puede ser la más recomendada, puesto que a diferencia de la otras no necesita circuitería eterna y se puede conectar de forma directa al Arduino. Una vez incorporado el módulo de almacenamiento, este generara archivos de texto (TXT) que servirán como respaldo de los datos que se desean reproducir en una mesa de diagnóstico, sin necesidad de tener un sistema completo del automóvil para generar las funciones deseadas. Los datos tomados no se pueden reproducir de manera directa desde la SD hacia el sistema de exportación de datos CANbus, por lo que para lograr un envío correcto de información se deberán realizar cambios en la base de programación donde el sistema SD saldrá de funcionamiento y los datos anteriomente capturados ya estarían incorporados en la propia programación, esto sin ser necesario la modificacion la circuitería antes establecida para la lectura, por lo que se puede decir que el envío de datos se generara por el mismo medio por el que fueron tomados. Ilustración 10. Prototipo de simulador En general y como se observa en la imagen anterior este sería el prototipo universal del sistema de simulación, integrando los módulos mencionados y listo para ser conectado a cualquier sistema que cuente con el protocolo CANbus, indiferentemente de la marca o modelo al que sea acoplado. El proceso de utilizarlo es inicialmente en el vehículo y una vez creado el archivo de simulación se puede
- 27. 26 implementar desde cualquiermesa de diagnóstico o simulación y concisamente a un equipo especifico. VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones. • Se comprueba que el prototipo propuesto es operable por medio de la plataforma Arduino. El mismo es capaz de interactuar con la red de comunicación del automóvil y establecer un ID para la lectura de datos. Además por las pruebas realizadas se identifica que es un sistema estable y con poco margen de error. Es importante resaltar que es necesario contar con cierto conocimiento técnico para poder implementar el sistema y hacer la lectura de la información. • La clasificación de los datos leídos se vuelve de alguna forma un poco tediosa y requiere de tiempo para la selección de los mismos, por lo que se puede decir que es un sistema que requiere de tiempo para un desarrollo correcto. Por otro lado, en su gran mayoría es necesario la implementación de un código específico para cada estilo o modelo de vehículo al que se le desee retroalimentar con los datos leídos. Esto quiere decir que si se desea reproducir una señal de rpm en un panel de instrumentos de un Kia Cerato, es necesario crear un código específico con los datos de ese mismo vehículo, para su funcionamiento y el cual muy probablemente no va ser compatible con otra marca de vehículo. • La aplicación del sistema en un laboratorio dedicado a la solución de problemas en equipos automotrices es razonable pero requiere de un estudio previo, lo que conlleva tiempo y en este caso es una de las limitantes más importantes. El desarrollo del prototipo fue una lucha contra el tiempo, lo que impidió la utilización del mismo en una mesa de diagnóstico. El poder utilizar el sistema en un laboratorio de diagnóstico es posiblemente la mejor manera de comprobar la funcionabilidad del modelo, pero para ello es muy importante contar con los recursos necesarios y el tiempo suficiente que permita una recopilación de información importante que refuerce la teoría expuesta en el prototipo. Recomendaciones • Existen dos caminos viables en la implementación del prototipo y que se pueden tomar como recomendaciones. Inicialmente se puede hablar de simplificar la utilización del sistema para que una persona con conocimientos más básicos pueda realizar lecturas sin gran dificultad. Por otro lado, sabiendo que en la mayor parte del tiempo las personas que utilizaran el sistema son aquellas relacionadas con el campo automotriz y que además que se dedican a resolver problemas en dicho ámbito; entonces se recomienda realizar un manual de uso detallado que especifique cuales son los pasos a seguir para que se reduzca el margen de error y que las lecturas cuenten siempre con el mismo formato. • La clasificación de los datos se pueden volver un proceso un poco tedioso, por lo que la principal recomendación es que se pueda generar un programa capaz de captar dicha información y la filtre de forma automática, cosa que reduciría el tiempo razonablemente. Un software adicional ampliaría el prototipo y sus alcances, además de simplificar algunos de los procesos que en este momento se realizan de forma manual. • La falta de tiempo es un factor determinante para establecer un sistema confiable, pero con cronograma adecuado eso se puede solventar esta dificultad. El establecer tiempos razonables es significativo para que cada una de las partes del prototipo funcione adecuadamente. AGRADECIMIENTOS Siempre existen muchas cosas por las cuales agradecer, pero en la elaboración de un trabajo de esta importancia siempre es significativo mencionar a esas personas que de una u otra forma han expresado su apoyo. Sin ninguna duda el mayor agradecimiento es para Dios, quien es el que ha me permitido haber llegado hasta la conclusión del proyecto fina de Graduación, regalándome siempre salud y el don de la sabiduría para tomar la decisiones de forma correcta. De igual manera sin la Familia no es posible cumplir muchas de las metas propuestas, por lo que agradezco de forma especial a mis Papás y hermanos porque siempre han señalado su apoyo en las decisiones tomadas por mi persona. Finalmente y no menos importante, un agradecimiento muy especial a una institución que abre las puertas a muchas personas que luchan por su sueño. A la Universidad Central de Costa Rica, junto con el Director de Carrera de la Facultad de Ingeniería Escuela de Electrónica y Electromecánica y demás profesores que han brindados sus conocimiento para la formación de nuevos y mejores profesionales. Por supuesto sin dejar por fuera al tutor encargado de la guía y elaboración del proyecto, su paciencia, carisma y dedicación con el fin de pautar en camino correcto para un adecuado desarrollo del Trabajo Final de Graduación. VII. REFERENCIAS (s.f.). Obtenido de https://www.microjpm.com/products/shield- tarjetamicro-sd-para-arduino/ (s.f.). Obtenido de http://datalogger.pbworks.com/w/file/fetch/ 8950720 7/Datalogger- SDMemoryReaderDatasheet.pdf
- 28. 27 (s.f.). Obtenido de https://howtomechatronics.com/tutorials/ard uino/ard uino-sd-card-data-logging-excel-tutorial/ (s.f.).Obtenido de http://wiki.seeedstudio.com/CANBUS_Shi eld_V1.2/ (s.f.). Obtenido de http://panamahitek.com/arduino- megacaracteristicas-capacidades-y-donde- conseguirlo-enpanama/ (s.f.). Obtenido de https://definicion.de/poblacion/ (s.f.). Obtenido de http://www.crankshift.com/instrumentcluste r/ (s.f.). Obtenido de http://www.bolsamania.com/kmph/launion- europea-limitara-la-velocidad-maxima-de- loscoches-nuevos/cuentakilometros/ (s.f.). Obtenido de http://www.bloginstrumentacion.com/instru mentacio n/medidores-de-temperatura/ (s.f.). Obtenido de https://definicion.de/velocidad/ (s.f.). Obtenido de https://definicion.de/rpm/ (s.f.). Obtenido de https://www.autobild.es/reportajes/los- diezcoches-electricos-con-mas-autonomia- mercado- 222905 (s.f.). Obtenido de https://www.autobild.es/coches/ford/histori a García Osés, A. (2015). Diseño de una red CAN bus con Arduino. Pamplona: Univeridad Publica de Navarra. Obtenido de https://academicae.unavarra.es/bitstream/ha ndle/2454/19115/TFG%20 Dise%c3%b1o%20de%20una%20Red%20 Can%20b us%20- %20Alejandro%20Garc%c3%ada%20Os% c3%a9s.p df?sequence=1&isAllowed=y IBAÑEZ GALINDO, M. (2015). INTEGRACIÓN DE UN SISTEMA PARA LA OBTENCIÓN DE DATOS DE VEHÍCULOS AUTOMOTORES BASADOS EN LOS PROTOCOLOS CAN BUS Y OBD-II. MEXICO D.F: UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MEXICO. Obtenido de http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/ bitstrea m/handle/132.248.52.100/8008/Tesis.pdf?se quence= 1 Alemán Alemán, E. A. (2006). DISEÑO DE ESTRATEGIAS PARA EL DIAGNÓSTICO DE. Guatemala: Universidad de San Carlos de Guatemala. Cernuschi, E. (2005). Cuatro Siglos. Montevideo. EasySYNC Ltd. (2010). http://easysync-ltd.com/. Obtenido de https://www.mouser.com/datasheet/2/119/D S_OBDM-DB9-F-ES(1)-2727.pdf Hernández Sampieri, C., Fernández Collado, C., & Baptista Lucio, P. (1991). METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACION (1ra ed.). MÉXICO: McGRAW - HILL INTERAMERICANA DE MÉXICO, S.A. de C.V. Hernández Sampieri, R., Fernández Collado, C., & Baptista Lucio, M. d. (2005). METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACION (5ta ed.). MEXICO: McGRAWHILL / INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. Lucas-Nülle. (s.f.). Tecnología del automóvil para la formación y el perfeccionamiento profesional (3ra ed.). Alemania. Obtenido de https://www.sidilab.com/media/files/TECN OLOGIA _DEL_AUTOMOVIL.pdf Martinez Requena, A. (2017). Introduccion a CANbus: Descripcion, ejemplos y aplicaciones de tiempo real. Madrid: Universidad Politecnica de Madrid. Obtenido de http://oa.upm.es/48054/8/TFM_ADRIAN_ MARTIN EZ_REQUENA.pdf
- 29. 28 PROPUESTA DE UNSISTEMA DE CONTROL AUTOMATICO PARA EL SECADO DE CAFÉ Josue Jiménez Solano Facultad de Ingeniería Escuela de Eletrónica Universidad Central Josuejim12@hotmail.com The economic structure of Costa Rica lies in tourism, the export of electronic equipment, services and agriculture, the latter being the drive to eradicate poverty in the eighteenth century. Our country was the first in Central America to introduce coffee, becoming today the number one drink of Costa Ricans. This being the main reason that the coffee industry needs to increase production but without neglecting the quality of the coffee bean, to achieve this goal one of the most important stages is the drying of the grain as it determines the quality of this without However, this has to be done with care because it takes time and vigilance which can generate high production costs. To achieve the aforementioned, the proposal of an automated system for the drying of coffee controlled by a PLC "programmable logic controller" is developed where it can work in adverse weather conditions since a problem of drying in patios are rains and low temperatures having a drying duration of approximately 5 to 7 days for this reason with this proposal the drying duration will decrease from 24 to 26 hours obtaining good quality coffee. INTRODUCCIÓN Siendo Costa Rica un país altamente cafetalero, en donde se seca el café natural o artificialmente dependiendo de la zona cultivada y de la capacidad económica del productor, donde esté es un producto propio de la zona tropical, su cultivo exige, características especiales de suelo, temperatura, precipitación y cierta altitud sobre el nivel del mar. El café debe ser secado inmediatamente después de ser cosechado, esto con el fin de eliminar lo más pronto posible la humedad del grano hasta llegar al 12%, con esto se evita olores, sabores indeseables y la germinación de la semilla lo cual también facilita su transporte y almacenamiento. En Costa Rica donde el café es uno de los principales productos de consumo en los costarricenses y de exportación, el sector cafetero necesita incrementar la producción pero sin dejar de lado la condición del café. Para alcanzar este objetivo se diseñara una propuesta para secado de café automatizado con PLC y un sistema SCADA. CAPITULO I Antecedentes generales La secadora cilíndrica horizontal BENDIG, tipo GUARDIOLA, es la mejor secadora existente para secar el café, hasta el 12 % de humedad con bajo volumen de aire. Con el horno BENDIG de fuego indirecto el tiempo de secado es en promedio de 24 horas con oreado y de 26 horas sin oreado. (BENDIG MAQUINARIA S.A, 2018) Las secadoras rectangulares BENDIG son muy útiles para pre secar y/o secar el café hasta el 12% de humedad, requiriendo una baja inversión inicial. La principal característica de esta máquina es lograr un secado homogéneo con una transferencia de calor muy uniforme y permanente a mayores volúmenes de aire comparadas con las rotativas. (BENDIG MAQUINARIA S.A, 2018)
- 30. 29 Descripción del problema Enel proceso de beneficiado costarricense se utiliza el secado al sol, uno de los sistemas de mayor demanda y exigencia de los mercados mundiales; el proceso dura 7 días. También se usa el secado mecánico que reduce el tiempo a un punto de secado óptimo (12% humedad) a solo 24 horas. (ICAFE, 2018) Uno de los principales problemas del secado al sol son las condiciones climatológicas y el tiempo ya que el café toma aproximadamente 40 horas para llegar al punto de humedad deseado. Esto es relativo a 5 días pero puede tardar un poco más dependiendo del estado del clima. (Coffee y Code, 2017) Se busca dar una propuesta de un sistema de secado automatizado mecánico que sea capaz de eliminar el excedente de humedad en un tiempo relativamente corto y con el menor daño posible producido al grano, así este puede operar en condiciones cinemáticas adversas. Justificación En Costa Rica para los pequeños y medianos productores de café el secado del mismo se ve afectado en muchas ocasiones por las inclemencias del clima, por el tiempo de secado y el proceso que lleva en dejarlo de un 12% a 15% que es la humedad óptima, esto con la finalidad de que el grano se conserve y también pierda peso para poder pasar al proceso de trillado. Con la propuesta de automatizar el sistema de secado del café, se agilizaría el proceso, no habría problemas por condiciones climáticas adversas y llevaría un control más preciso con sensores que estarán monitoreando la temperatura y humedad del café, además de tener un panel de control amigable con el usuario. Objetivo general Investigar sobre métodos de secado del café en Costa Rica y como se ve afectado esta práctica por factores como tiempo, clima y procesos, con la finalidad de proponer un sistema de control automático al secado de café para que sea un sistema eficiente, controlado y optimizado. Objetivos específicos Realizar consultas sobre sistemas de control automático en la industria cafetalera nacional. Identificar los problemas que afectan el secado de café al natural. Identificar los diferentes tipos de métodos de secado que existen. Evaluar los sistemas de secado al natural con el mecánico, en relación a sus efectos sobre el tiempo de secado y propiedades físicas. Investigar los diferentes métodos de automatización en la industria cafetalera. Alcances y limitaciones Alcances Obtiene un análisis de los sistemas de control automático aplicado en el secado de café. Realizar un sistema electrónico automatizado en PLC que permite medir adecuadamente las variables de temperatura y humedad en el proceso de secado de café. Una vez de desarrollado el proyecto se pretende este pueda trabajar por día y noche si fuera necesario. Tiene sistemas de seguridad para evitar algún accidente con la persona que manipule los procesos. El propósito final de la propuesta es que sea capaz de optimizar el proceso de secado de café realizándolo en menor tiempo y en mayor cantidad. Limitaciones La implementación inicial es costosa. El mantenimiento del sistema necesita de personal calificado. La elaboración de la propuesta es de mayor tiempo para el desarrollo del mismo. El personal necesario para gestionar los procesos necesita ser capacitado. CAPITULO II Café El café es una planta originaria de Etiopía y de otras regiones de África. Recién en el siglo XVI se conocen datos escritos sobre la presencia del café en Europa y de su posterior expansión al resto del mundo. Entendido como una de las bebidas más
- 31. 30 populares y consumidasactualmente en el mundo entero. (Definicion abc, 2007) Imagen 2. 1 - Grano de café Secado de café Después de ser recogido y procesado, el café debe ser secado. Este proceso tiene como objetivo reducir la cantidad de humedad contenida en el grano, hasta aproximadamente un 11% a 12%, que es la norma vigente para la comercialización de café pergamino. La forma tradicional de secar el café es al sol en patios de cemento, pero en la actualidad hay varias formas de llevar a cabo el proceso de secado. (Coffee and Code, 2017) Imagen 2. 2 - Grano de café secado al sol Sistema automatizado El término automatización se refiere a una amplia variedad de sistemas y procesos que operan con mínima, incluso sin intervención, del ser humano. Un sistema automatizado ajusta sus operaciones en respuesta a cambios en las condiciones externas en tres etapas: mediación, evaluación y control. (QuimiNet, 2000) Imagen 2. 3 - Automatización Microcontroladores y microprocesadores Microprocesadores: También llamado la unidad central de procesamiento o CPU es el punto principal de la computadora que realiza las tareas, los cálculos y el procesamiento de datos del sistema. (techlandia, 2001) Imagen 2. 4 - Microprocesador Microcontroladores: Es una computadora en un chip que controla objetos, procesos o eventos. A diferencia del microprocesador, que requiere otros componentes, como la memoria, para trabajar, el microcontrolador es una computadora por sí mismo y se utiliza en sistemas más pequeños. (techlandia, 2001) Imagen 2. 5 - Microcontrolador PIC El nombre verdadero de este microcontrolador es PICmicro (Peripheral Interface Controller), Su primer antecesor fue creado en 1975 por la compañía General Instruments. Este chip denominado PIC1650 fue diseñado para propósitos completamente diferentes. Diez años más tarde, al añadir una memoria EEPROM, este circuito se convirtió en un verdadero microcontrolador PIC. (MikroElektronika, 2018) Imagen 2. 6 - PIC Raspberry Pi
- 32. 31 Es un ordenadorde tamaño de tarjeta de crédito que se conecta a su televisor y un teclado. Es una placa que soporta varios componentes necesarios en un ordenador común. Es un pequeño ordenador capaz, que puede ser utilizado por muchas de las cosas que su PC de escritorio hace, como hojas de cálculo, procesadores de texto y juegos. (Copyright © DIARIO ABC, S.L., 2013) Imagen 2. 7 - Raspberry Pi Arduino Arduino es una plataforma de prototipos electrónica de código abierto (open-source) basada en hardware y software flexibles y fáciles de usar. Arduino puede sentir el entorno mediante la recepción de entradas desde una variedad de sensores y puede afectar a su alrededor mediante el control de luces, motores y otros artefactos. (MCI electronics, s.f.) Imagen 2. 8 - Arduino Mega Sensores Los sensores son aparatos que son capaz de transformar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas. Las variables de instrumentación dependen del tipo de sensor. Una magnitud eléctrica obtenida puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como un fototransistor), etc. (Ingeniería mecafenix ©, 2018) Imagen 2. 9 - Sensores PLC Un PLC es un Controlador Lógico Programable (Programmable Logic Controller), en sí es un sistema de control. Los PLC´s son dispositivos electrónicos o computadoras digitales de tipo industrial que permiten la automatización, especialmente de procesos de la industria, debido a que controlan tiempos de ejecución y regulan secuencias de acciones. (Centro de Tecnología e Innovación (CTIN), 2013) Imagen 2. 10 - PLC Sistema SCADA Supervisión, Control y Adquisición de Datos) no es una tecnología concreta sino un tipo de aplicación. Cualquier aplicación que obtenga datos operativos acerca de un “sistema” con el fin de controlar y optimizar ese sistema es una aplicación SCADA. La aplicación puede estar en un proceso de destilado petroquímico, un sistema de filtrado de agua, los compresores de un gasoducto o cualquier otra. (Wonderware Spain, 2018) Imagen 2. 11 - SCADA
- 33. 32 CAPITULO III Enfoque dela investigación y el paradigma Enfoque cualitativo: Postula una concepción fenomenológica, inductiva, orientada al proceso. Busca descubrir o generar teorías. El trabajo de campo consiste en una participación intensa, requiere un registro detallado de todos los acontecimientos. La recolección de datos puede realizarse de diferentes formas como la entrevista, en profundidad, la observación participante, el video etc. (Echavarria, 1999, pág. 71) Enfoque mixto: Las ideas deben ayudar a resolver problemas, aportar conocimientos, deben acercar a realidades intersubjetivas es la combinación del enfoque cualitativo con el cuantitativo. (Sampieri, 2014) Enfoque cuantitativo: Pone una concepción global positivista, hipotética – deductiva, objetiva, particularista y orientada a los resultados. Se desarrolla más directamente en la tarea de verificar y comprobar teorías por medio de estudios muéstrales representativos. Aplica los test y medidas subjetivas, utilizando instrumentos sometidos a pruebas de validación y confiabilidad. (Echavarria, 1999, págs. 70-71) Enfoque que caracteriza la investigación Esta investigación según lo planteado anteriormente es de enfoque cuantitativo ya que cumple con las características propias de este enfoque. Sujetos y fuentes de investigación En esta investigación se recolecto información de diversas fuentes para obtener datos precisos y parámetros para el desarrollo del secado de café para eso se obtuvo la asistencia de un colaborador del Beneficio de café Juan León V.E Hijos S.A ubicado en Heredia, así como procedimientos de secado y diferentes tipos de máquinas ya desarrolladas que realizan este proceso. En colaboración con personal de la empresa Global Power Generation se logra recabar importantes datos para dar una solución al problema basado en la disminución del tiempo de secado y la ejecución a que el proceso sea más eficiente. Se consultaron varias fuentes de información por ejemplo páginas web, investigaciones previas, artículos, libros y tesis para realizar un análisis del comportamiento del café en el proceso de secado y generando la automatización se pueda llegar a optimizar estos procesos. Población Los productores de café se verán beneficiados con el desarrollo de esta propuesta ya que disminuirá el tiempo de secado del café así como también asegura un mayor beneficio económico al productor debido a que el producto seco sufre poco o ningún deterioro si es bien almacenado. Ubicación Se puede desarrollar en toda aquella industria cafetalera en particular las que son encargadas de procesar, almacenar y comercializar el café desde que es extraído de la planta hasta la producción de café molido y otros derivados. Estudio de alcance descriptivo Se busca especificar las propiedades, las características y los perfiles de personas, grupos, comunidades, procesos, objetos o cualquier otro fenómeno que se someta a un análisis. Es decir, únicamente pretenden medir o recoger información de manera independiente o conjunta sobre los conceptos o las variables a las que se refieren. (Sampieri, 2014, pág. 92) Estudio de alcance correlacionales Pretenden responder a preguntas de investigación Este tipo de estudios tiene como finalidad conocer la relación o grado de asociación que exista entre dos o más conceptos, categorías o variables en una muestra o contexto en particular. (Sampieri, 2014, pág. 93) Estudio de alcance explicativo Van más allá de la descripción de conceptos o fenómenos o del establecimiento de relaciones entre conceptos; es decir, están dirigidos a responder por las causas de los eventos y fenómenos físicos o sociales. (Sampieri, 2014, pág. 95)
- 34. 33 Estudio de alcanceexploratorio Sirven para preparar el terreno y, por lo común, anteceden a investigaciones con alcances descriptivos, correlacionales o explicativos. Por lo general, los estudios descriptivos son la base de las investigaciones correlacionales, las cuales a su vez proporcionan información para llevar a cabo estudios explicativos que generan un sentido de entendimiento y están muy estructurados. (Sampieri, 2014, pág. 90) El objeto de estudio de la investigación es de alcance exploratorio donde se hace una descripción e investigación de la industria cafetalera por cuanto su propósito es demostrar y explicar la aplicación de un sistema automatizado que genera procesos más productivos y definidos. Fuente de información La fuentes de información que se van a utilizar serán tomadas de textos y manuales de la industria cafetalera así como también las recomendaciones y regulaciones que brinda el instituto del café de Costa Rica y toda la información que se pueda obtener de páginas web. Fuentes primarias Se realiza la utilización de los libros metodología de la investigación de “Roberto Hernández Sampieri”, un camino al conocimiento de “Rodrigo Barrantes Echavarría” con estos generando una guía de cómo realizar la investigación, “Curso de PLC y programación todo sobre PLC” de “José Bustamante” recopilando información para el desarrollo de la programación y sistema Scada, también el uso de páginas web de maquinaria Bending una compañía costarricense para la industria del café obteniendo ejemplos de máquinas ya desarrolladas y de venta en nuestro país y del instituto de café de Costa Rica consiguiendo información del café desde historia hasta procesos de secado. Fuentes secundarias Se recolecta valiosa información para la investigación de las tesis de “Álvaro Sánchez Chinchilla” estudiante de la Universidad de Costa Rica sobre la cinética de secado de la broza de café, también de “Melquisedec Montaña Moreno” estudiante de la Universidad Tecnológica de Pereira en Colombia que diseño un sistema de control automático de un secador electromecánico de café pergamino. Técnicas e instrumentación de recolección de datos El momento de aplicar los instrumentos de medición y recolectar los datos representa la oportunidad para el investigador de confrontar el trabajo conceptual y de planeación con los hechos. (Sampieri, 2014) El cuestionario En fenómenos sociales, tal vez el instrumento más utilizado para recolectar los datos es el cuestionario. Un cuestionario consiste en un conjunto de preguntas respecto de una o más variables a medir (Chasteauneuf, 2009). Debe ser congruente con el planteamiento del problema e hipótesis (Brace, 2013). (Sampieri, 2014) En este caso se utilizó este método para la recolección de datos como parámetro de medición, obteniendo información más confiable y precisa que ayude a la investigación a obtener datos cuantitativos que sea fácil de analizar y alcance los objetivos planteados. CAPITULO IV Propuesta de diseño de un prototipo para un sistema de control automático para el secado de café Tolva Es una caja en forma de tronco de pirámide o de cono invertido y abierta por debajo, dentro de la cual se echan granos u otros cuerpos para que caigan poco a poco (WordReference, 2018) Este será el primer paso al proceso, es la encargada de almacenar el café que debe ser depositado por el usuario, haciendo salir al grano por la superficie inferior de la tolva y bajar por un ducto que lo trasportara hasta la válvula de mariposa concéntrica.
- 35. 34 Imagen 4. 1- Tolva Celda de carga de compresión de tipo botón para tolva Este es el dispositivo perfecto para aumentar los dispositivos existentes con un alto rendimiento que pesa el sistema e instala un de alto nivel de la protección. Este dispositivo se adapta para todas las clases de tolvas, de silos, de los tanques y de otros proyectos de pesaje industriales. (© PT Limited, 2018) La celda de carga de compresión, limitara la cantidad de peso que el usuario desea secar donde el peso máximo a medir es de 250 kilogramos, la fuerza aplicada sobre ella convierte esa fuerza en una señal eléctrica medible lo que hace que sea una medición precisa. Esta celda debe de ser calibrada para su correcto funcionamiento, y la cualidad que tenemos es que el usuario escogerá la cantidad de peso de café que desea secar. Imagen 4. 2 - Celda carga de peso Válvula de mariposa concéntrica Son válvulas concéntricas en las que el cierre se produce entre la mariposa y el elastómero que recubre el interior del cuerpo y parte del exterior del mismo para hacer cierre con las contrabridas. Son válvulas de bajo par de maniobra, fácil mantenimiento, auto limpiables, mínima pérdida de carga y fácil montaje y desmontaje. (TTV S.A., 2018) Esta válvula es implementada como un sistema de seguridad para dar cierre al café en caso de alguna emergencia o ya sea que el usuario por alguna eventualidad lo necesite, de igual forma si la válvula se encuentra cerrada se puede abrir. Imagen 4. 3 - Válvula mariposa concéntrica Válvula guillotina Es una válvula de guillotina tipo “wafer” muy robusta. Dispone de una boca de entrada redonda y una de salida cuadrada de mayor tamaño que la de entrada lo que evita cualquier atasco de material. (Herbe, 2016) Esta válvula es normalmente cerrada por lo que su función principal es dar paso al café para que este se valla depositando en tanque de secado y se activara cumpliendo las siguientes condiciones • Que no exista ningún fallo en el sistema. • Cuando la celda de pesaje alcance el peso indicado por el usuario y no lo sobrepase. • Cuando la compuerta de salida del tanque de secado de café se encuentre cerrada Imagen 4. 4 - Válvula de guillotina Tanque de secado El tanque de secado de café es diseñado con el principal propósito de disminuir el tiempo de secado y poder trabajar en condiciones climáticas adversas siendo estos dos los principales
- 36. 35 problemas que sufrela industria cafetalera de nuestro país. La propuesta para este sistema es que sea realizado por medio de aire caliente, este será generado por medio de resistencias que conjunto con ventiladores distribuyan la temperatura a lo interno del tanque de 80 a 90 grados constantes internamente. El café en el interior del tanque de secado debe tener una movilidad constante para que el secado del grano sea de manera uniforme, para eso se implementa un agitador de cinta helicoidal en el interior para que el café sea mezclado y tener un resultado eficaz en un producto final de calidad. Imagen 4. 5 - Agitador helicoidal Resistencias Los elementos calefactores para aire / gases, tanto los de diseño a medida como los de ejecución estándar, se emplean en conductos, autoclaves, hornos Las resistencias calefactoras para aire o gases pueden fabricarse con elementos tubulares blindados, aletados helicoidales y/o rectangulares, o con resistencias de hilo bobinado de aleación de Ni-Cr. (Electricfor ©, 2018) Como se mencionó anteriormente su función es dar la temperatura necesaria a lo interno del tanque de secado, siendo el PLC el encargado de gestionar el mando de la resistencia y hacerla calentar según sea necesario. Imagen 4. 6 - Resistencias Ventilador Centrífugo Los ventiladores centrífugos son los ventiladores en los que el aire es impulsado por una turbina o rodete que lo aspira por el centro y lo expulsa a través de sus álabes o palas. Así pues el aire entra al rodete de forma paralela a su eje y sale en dirección perpendicular al mismo, es decir en la dirección de un radio. (SyP Sistemas de ventilacion, 2018) Este es el encargado de circular el aire caliente a lo interno en todo el tanque por lo que debe operar por horas y aguantar altas temperaturas, al igual que la resistencia el PLC será el control de mando del ventilador. Imagen 4. 7- Ventilador centrifugo Sensores de temperatura RTD: Su nombre es el de Resistencias Detectoras de Temperatura (por sus siglas en ingles RTD), cuando cambia el valor de la temperatura se refleja con un cambio proporcional del valor de resistencia. El rango de medición de temperatura se encuentra aproximadamente entre -200 °C y 400 °C. (Instrumentacion, Control y Automatizacion Industrial, 2018) Este es el encargado de medir la temperatura interna del tanque convirtiendo la variable física en este caso la resistencia del sensor en una variable eléctrica que en este caso será en valor de corriente, haciendo trabajar los niveles de temperatura adecuadamente al sistema siendo monitoreado por el PLC. Imagen 4. 8 - Sensor de temperatura Humedad Los sensores de humedad se usan cada vez más en el sector de la técnica de calefacción, ventilación y climatización, industria en general e industria
- 37. 36 agrícola (invernaderos) asícomo en procesos de producción que requieren un control preciso de la humedad. SRC dispone de varios modelos de sensores de humedad equipados para distintos procesos de control con distintos tipos de salidas analógicas. (Sistemas de regulacion y control, 2016) Este será el encargado de medir la humedad de ingreso del café al secador, basándose en esa humedad el PLC va a ir realizando el proceso de secado con volúmenes de aire caliente y realizando mediciones de humedad del café hasta que el grano llegue a 12 % de humedad que es la medida óptima para obtener café de buena calidad. Cuando llegue a la humedad necesaria el secado estará listo. Imagen 4. 9 - Sensor de humedad Contactor Es un elemento electromecánico que es capaz de conectar y desconectar receptores eléctricos de potencia como por ejemplo motores eléctricos, resistencias eléctricas etc. Cuando se necesita conectar algún receptor eléctrico de potencia, no se puede utilizar directamente un interruptor porque dicho elemento no es capaz de soportar las elevadas corrientes eléctricas. (Filiu, 2017) Este tendrá la función de energizar la resistencia, el ventilador centrifugo, el agitador de cinta helicoidal siendo el PLC el que controle al contactor dando con esto seguridad al sistema y al operador. Imagen 4. 10 - Contactor PLC El controlador lógico programable es el encargado de controlar todo el sistema recibiendo información en la entrada con lectura de sensores, recibiendo señales analógicas, digitales luego este procesa los datos y habilita las salidas basado en parámetros programados para llegar a obtener el resultado final que es una buena calidad del secado de café. Estos son los procesos de entrada y salida que va a ejecutar el PLC: 1- Este debe de tener lectura por medio de la celda de peso la cantidad de café que ingrese en la tolva. 2- Una vez llegado al peso que selecciono el operador que desea secar el PLC debe abrir la válvula de guillotina para que el café se valla depositando en el tanque de secado. 3- La resistencia comenzara a calentar y el ventilador centrífugo girara para expandir y abarcar todo el tanque de secado con una temperatura de 45 a 50 grados centígrados. 4- El agitador de cinta helicoidal estará trabajando para dar movimiento al café. 5- Los sensores de temperatura y humedad se estarán monitoreando para un correcto trabajo de secado. 6- Cuando la humedad llegue a 12 % el sistema indicara y apaga la resistencias y ventiladores para que no seque más el café pero el agitador helicoidal seguirá trabajando para un continuo movimiento del grano hasta que la temperatura interna del secador sea de 25 grados centígrados o que se vacié el café. 7 - El operador abrirá de forma automática por medio del software la compuerta de salida haciendo la salida del café y dando fin al proceso de secado. 8- En caso de alguna emergencia el sistema tiene un botón de paro a todo el sistema.
- 38. 37 Imagen 4. 11- Diagrama PLC Sistema Scada Este será el encargado de tener el control de la máquina, teniendo la información del sistema, dando alertas al operador de cambios detectados o algún problema detectado. Almacena y muestra datos continuamente confiables correspondientes a los estados de dispositivos y mediciones de los mismos. Imagen 4. 12- Sistema Scada Estados estables Esta será una pantalla que indicara al operador los estados de los diferentes dispositivos haciendo ver si se encuentra apagado o encendido los motores, si se encuentra en su estado normal o hay algún problema en la lectura de los sensores, si las válvulas se encuentran cerradas o abiertas según sea el requerimiento en el sistema. Imagen 4. 13 - Estados estables Panel de operador Este panel permitirá al operador generar todo tipo de información en las condiciones de trabajo de la máquina, en donde el operador puede seleccionar el nivel de control (manual-remoto), abrir o cerrar electroválvulas, encender o apagar extractores, la calefacción y los agitadores. Dando también al operador la selección del peso a secar y la humedad de café que se desee alcanzar. Imagen 4. 14 - Panel de operador CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Basado en consultas e investigaciones se concluye que la mayor cantidad de cafetaleros en el país realizan el secado de café en patios al sol, aun así hay empresas cafetaleras que realizan el secado de forma mecánica estas empresas por lo general tienen mayor demanda de café. Entre las compañías que realizan y venden máquinas para secado a nivel nacional se encuentra la Bending que tiene un gran reconocimiento a nivel nacional, donde ofrecen a sus clientes diferentes equipos para la industria cafetalera.
- 39. 38 Entre los principalesproblemas de secado al natural que afectan a los productores cafetaleros se encuentran las condiciones climatológicas ya que la temporada donde el fruto de café tiene mayor cosecha es en la época de invierno en donde el secado en patios se ve afectado por las lluvias y las bajas temperaturas provocando que el tiempo de secado sea mayor durando aproximadamente de 5 a 15 días. Se identificó las diferentes técnicas de secado que hay en el mercado nacional siendo el secado al sol una de las más utilizadas por los cafetaleros aun así el secado mecánico se utiliza en industrias cafeteras donde tienen mayor demanda de café lo que genera mayor cantidad de secado. Según investigaciones realizadas y lo evaluado desde el momento que el café es lavado, este alcanza una humedad aproximada de 60% por lo que secarlo al sol y llegar a obtener un 12% de humedad demanda mucho tiempo ya que como se ha mencionado anteriormente tiene una dependencia de las condiciones climatológicas, por lo que secarlo mecánicamente es la mejor opción para tener mayor producción. En la zona cafetalera es variado los tipos de sistemas mecánicos para realizar el proceso de secado de café donde se diferencian de tamaño (de una o dos cámaras) de forma (rectangular o tipo silo), fuente de poder (electricidad, carbón, madera o algún tipo de combustible) y en la cantidad de café que pueden secar. Recomendaciones Es importante también evaluar factor de presión estática y flujo de aire ya que interfieren en el proceso de secado. En los avances de desarrollo tecnológicos se ha venido implementando también el secado de café con microondas por lo que puede ser un gran método de secado e investigación. El sistema automatizado se puede optimizar más, colocando otros sensores teniendo un mayor control de la máquina y los procesos. Se puede implementar también una banda trasportadora para el ingreso de café hacia la tolva y un mejor sistema para la extracción del café cuando esté listo. Se pueden implementar más opciones en el sistema SCADA para satisfacer las diferentes necesidades de la industria cafetalera por ejemplo ver graficas de temperatura y humedad. AGRADECIMIENTOS Quiero agradecer a todas aquellas personas que de una u otra manera me han ayudado y han apoyado a lo largo de estos años en esta que es para mí una pasión “La electrónica”. En primer lugar quiero agradecer el apoyo recibido por parte de mi familia, desde mis padres que han sido mi sostén desde pequeño inculcándome el sacrificio, esmero, dedicación y perseverancia por mis sueños donde siempre me han sabido inyectar moral en mis peores momentos, no solo vividos a causa de mis estudios sino también a consecuencia de la vida, en especial a mi madre Ana Jiménez que sacrifico tanto para darme la oportunidad de ejercer mis estudios y espero se sienta orgullosa en este día tan importante para mí, a mis hermanas que me han dado los palabras justas para siempre seguir hacia adelante y no bajar la cabeza. Para mi novia Grettel que también ha sido un gran apoyo para mi vida, donde me ha motivado, aconsejado e impulsado para obtener este título de ingeniería donde ella conjunto con los gemelos y mi Mari son mi motor, fuerza e impulso de seguir día con día. REFERENCIAS [1] (BENDIG MAQUINARIA S.A, 2018) [2] (ICAFE, 2018) [3] (Ingeniería mecafenix ©, 2018) [4] (Centro de Tecnología e Innovación (CTIN), 2013) [5] (Echavarria, 1999) [6] (Sampieri, 2014) [7] (techlandia, 2001) [8] (Wonderware Spain, 2018) [9] (QuimiNet, 2000) [10] (© PT Limited, 2018) [11] (TTV S.A., 2018) [12] (SyP Sistemas de ventilacion, 2018) [13] (Sistemas de regulacion y control, 2016) [14] (Filiu, 2017) [15] (Electricfor ©, 2018)
- 40. 39 Prototipo de unsistema de detección de fatiga con reconocimiento de objetos para automóviles de bajo costo Lucrecia Gómez Hernández Faculta de ingeniería Escuela de Electrónica y Electromecánica Universidad Central San Isidro, El Guarco, Cartago, Costa Rica Velvetgh@hotmail.com RESUMEN La fatiga mental como física se ha convertido en un enemigo potencial para los conductores de vehículos tanto livianos como pesados. El cansancio sumado al estrés diario, largos trayectos y presas vehiculares, lleva a los conductores a experimentar Es por eso que la implementación de un dispositivo de bajo costo capaz de detectar y advertir al conductor si se está quedando dormido o está próximo a colisionar puede ser de gran utilidad para disminuir los accidentes en carretera. somnolencia acompañado de periodos de micro sueños, aumentando el riesgo de sufrir un accidente en carretera. Un estudio realizado por la asociación Estadounidense de automovilismo (AAA) determino que un 10% de los accidentes en carretera son causados por la somnolencia o cansancio, ya que disminuye la capacidad de reacción, causa distracciones, dificulta la toma de decisiones y produce constantes periodos de microsueños. (Amador, 2017). En Costa Rica las dos principales causas señaladas por COSEVI está el exceso de velocidad y la invasión de carril contrario debido a descuidos provocando colisiones con objetos fijos, colisión entre vehículos y atropellos a peatones. Es por ello que surge la necesidad de diseñar un prototipo de un sistema de detección de fatiga con reconocimiento de objetos para automóviles de bajo costo. I. INTRODUCCION Hoy en día muchas personas se ven obligadas a trabajar largas jornadas o tomar horarios nocturnos, aunado a ello se encuentran las largas distancias que deben recorrer para desplazarse al lugar de destino, lo que hace que el regreso a sus hogares se torne riesgoso, ya que el cansancio puede disminuir la capacidad de concentración de las personas mientras conducen o incluso la fatiga puede llevar a la persona a un estado de somnolencia acompañado por periodos de microsueño. Actualmente la industria automotriz cuenta con varios modelos de vehículos que traen incorporados diversos sistemas que permiten detectar si el conductor se está quedando dormido, o si hubo un cambio de carril involuntario e incluso cuentan con frenado automático si detectan algún obstáculo en carretera. Sin embargo, estos sistemas solo están disponibles en vehículos de alta gama, haciéndolos inaccesibles para la mayoría de la población. II. REVISION BIBLIOGRAFICA Actualmente existe diferentes tecnologías que proponen diversos sistemas que ayudan a evitar un accidente a causa de un descuido provocado por fatiga o adormecimiento del conductor, sin embargo muchos de estos dispositivos se encuentran en estado experimental o tienen un alto costo. Dentro de las marcas que cuentan con estos dispositivos se encuentran los vehículos Ford, BMW, Volkswagen Passat, Citroën C4 y la línea de vehículos híbridos de Toyota. Algunos modelos de la línea Ford tienen un sistema de alerta de cansancio, a través de un sensor en el volante que cuenta las veces que el chofer mueve el volante. En etapa experimental se encuentra un sistema de reconocimiento facial que detecta si el conductor parpadea o cierra los ojos. (Ibáñez, 2017). La marca BMW cuenta con un sistema de advertencia de sentido contrario y los vehículos híbridos de la línea Toyota cuentan con un dispositivo de control de velocidad
- 41. 40 adaptativo que consisteen desacelerar si existe poca distancia entre el vehículo y algún otro objeto (Ibáñez, 2017). Otras líneas de vehículos han incorporado sistemas anticolisión que consiste en un frenado automático si los sensores detectan algún obstáculo en la trayectoria. III. METODOLOGIA El presente trabajo tiene un enfoque cuantitativo descriptivo, dado a que se busca medir un fenómeno (accidentes en carretera debido a la somnolencia), basado en estadísticas, utilizando métodos experimentales (sistema de detección de fatiga con reconocimiento de objetos para automóviles) a través de un análisis causa –efecto, mediante un proceso secuencial, deductivo y probatorio, aplicado a una realidad objetiva con la finalidad de generalizar resultados para tener un control sobre los factores involucrados, obteniendo precisión, capacidad de réplica y predicción (Sampieri, 2006). Basado en estudios descriptivos que permiten medir o evaluar diversos aspectos o dimensiones del fenómeno a investigar. Con un enfoque no experimental dado a que no se está construyendo ninguna situación, sino que se observan situaciones ya existentes, no provocadas intencionalmente por el investigador. Las variables independientes ya han ocurrido y no pueden ser manipuladas, el investigador no tiene control directo sobre dichas variables, no puede influir sobre ellas porque ya sucedieron al igual que sus efectos. (Sampieri, 1991). Se aplicó un cuestionario para conocer la opinión de los conductores de automóviles sobre la somnolencia y la aceptación del uso de un dispositivo capaz de detectar cansancio mientras se conduce. IV. RESULTADOS La aplicación del cuestionario nos permitió conocer que existe una gran necesidad en la industria automotriz de crear un dispositivo que ayude a detectar la somnolencia mientras se conduce. Actualmente en Costa Rica un porcentaje importante de los accidentes en carreteras son debidos a los periodos de micro sueños que sufren los conductores que son agravados por las largas jornadas laborales y las constantes presas automovilistas con las que tienen que lidiar a diario los choferes. Los resultados del cuestionario nos muestran que existe un gran mercado y buena disposición por parte de los usuarios de vehículos para la creación de un sistema de detección de fatiga con reconocimiento de objetos para automóviles. La implementación de este sistema ayudaría a disminuir o prevenir accidentes causados por fatiga e incluso un descuido del conductor. Además se evitarían muchos atropellos e incluso muertes de niños o animales que por su pequeño tamaño muchas veces es imposible verlos a través del retrovisor. V. PROPUESTA Diseño de un prototipo de detección de fatiga con reconocimiento de objetos para automóviles que permita disminuir los accidentes en carretera causados por la somnolencia. El dispositivo de detección de fatiga con reconocimiento de objetos para automóviles consta de dos etapas: detección de cambio de carril y detección de objetos. 1. Detección de cambio de carril El dispositivo consiste en instalar sensores refractivos ópticos en las llantas delanteras del vehículo que detectan la línea blanca en la carretera verificando que el vehículo siempre se mantenga dentro de ambas líneas (derecha - izquierda). Fig.1. Sensor refractivo óptico Si en algún momento las llantas del vehículo pisan alguna de las líneas, el dispositivo se activa girando el volante para retomar el camino correcto enviando un sonido de advertencia al conductor. Fig.2. Trayectoria del vehículo 2. Sistema de reconocimiento de objeto El vehículo posee dos sensores de proximidad (delantero- trasero) que permite detectar si existe un objeto obstruyeron la trayectoria del carro. Si el dispositivo detecta un objeto el carro se detiene y no permite continuar el camino hasta que el objeto sea removido. Fig.3. Sensores de proximidad
- 42. 41 a) Construcción deldispositivo
- 43. 42 b) Partes quecomponen el dispositivo I. Sensor óptico infrarrojo El dispositivo utiliza el CNY70 (sensor óptico infrarrojo) que permite detectar el color blanco. Posee un emisor de radiación infrarroja (fotodiodo) y un receptor (fototransistor). El fotodiodo emite un haz de radiación infrarroja, el fototransistor recibe ese haz de luz cuando se refleja sobre la línea blanca. Fig.4. Sensor óptico infrarrojo II. Foto diodo El vehículo utiliza dos BPW42 que permiten detectar si hay un objeto en la trayectoria del vehículo. Si el dispositivo detecta un objeto el carro se detendrá automáticamente y no podrá ponerse en marcha hasta que no sea removido el obstáculo. Fig.5. Foto diodo III. Puente H El circuito utiliza el L293B para controlar el giro del motor. En el momento en que los sensores detecten el color blanco el dispositivo redirecciona las llantas del automóvil para que siempre se mantenga dentro de la trayectoria. Fig.6. Giro del motor IV. Alarma Cuando el dispositivo detecta la línea blanca automáticamente corrige la trayectoria del vehículo y emite inmediatamente un sonido alertando al conductor del cambio de trayectoria. Fig.7. Dispositivo detector de fatiga VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1 Conclusiones Con la revisión bibliográfica se identificaron diferentes modelos de vehículos que traen incorporados diversos dispositivos que ayudan a disminuir o evitar los accidentes en carretera por ejemplo la línea Ford cuenta con un sistema de alerta de cansancio, a través de un sensor en el volante que cuenta las veces que el chofer mueve el volante y un sistema de reconocimiento facial en etapa experimental, por otro lado la marca BMW cuenta con un sistema de advertencia de sentido contrario y frenado automático, sin embargo, este tipo de
- 44. 43 automóviles tienen uncosto muy alto y no están disponibles en el país. Para conocer la factibilidad de incorporar sistemas de detección de fatiga en los vehículos se aplicó un cuestionario en donde se concluyó que existe una gran oportunidad de incursionar en un nuevo mercado automotriz, dado a que todos los conductores a los que se les aplico el cuestionario estarías dispuestas adaptar a sus vehículos estos dispositivos. Además la construcción del prototipo nos permitió determinar que es posible crear distintos dispositivos e incorporarlos a un mismo vehículo. Logrando transformar un carro sencillo en un automóvil “inteligente” igualando o superando las grandes marcas como Ford, BMW, Volkswagen entre otras con un bajo costa de fabricación. Con la puesta en marcha del prototipo de un sistema de detección de fatiga con reconocimiento de objetos para automóviles se concluyó que sería posible salvar muchas vidas, no solo la del conductor sino también la de las personas que podrían encontrarse en la carretera gracias a la ayuda distintos sensores, sin embargo para que este dispositivo funcione óptimamente es necesario contar con carreteras bien demarcadas, debido a que el sistema de detección se basa en las líneas marcadas en la carretera para determinar si el vehículo se encuentra dentro de la trayectoria. 5.2 Recomendaciones Para obtener mejores resultados en la funcionalidad del dispositivo detector de fatiga es recomendable utiliza un método que no dependa de factores externos como en este caso la demarcación de la carretera, en el mercado existe una gran variedad de sensores por cual se puede implementar un dispositivo que trabaje directamente en los movimientos o cambios que efectué la persona mientras conduce. Por ejemplo cada cuanto realiza un cambio de velocidad o giro del volante para determinar si la persona se quedó dormida, también se puede crear un sistema que mida las pulsaciones o la cantidad de veces que el conductor parpadea para determinar el nivel de cansancio. En cuanto al sistema detector de objetos para obtener mayor cobertura es recomendable colocar también sensores a los costados del vehículo por ejemplo en las puertas, debido a que como está planteado el prototipo el dispositivo solo es capaz de detectar los objetos que se encuentren delante o detrás del vehículo. El prototipo actual utiliza muchos componentes electrónicos para controlar los sensores, si se instalara el dispositivo en un automóvil real es mejor sustituir esos componentes por un PIC o arduino que nos permite obtener los mismos resultados de una forma más compacta permitiendo abaratar costos y requiere menos espacio. VII. AGRADECIMIENTOS A mi madre, por enseñarme que con esfuerzo, trabajo y constancia todo se puede lograr. A mi padre, quien ha sido mi mano derecha durante estos años de carrera, sin su ayuda incondicional y consejos no hubiese sido posible culminar con éxito este proyecto. A Cris, quien con su cariño, consejos y constante motivación ha sido el detonante de mi felicidad, esfuerzos y deseos de seguir adelante cada día. Gracias por estar a mi lado siempre que los he necesitado. VIII. REFERENCIAS Amador, S. (2017) La somnolencia al volante (sobre todo en julio) causa los accidentes con mayor mortalidad. Disponible en: https://motor.elpais.com/actualidad/somnolencia- volanteaccidentes-graves/ (Tomado el 20 de junio, 2018) Ibáñez, P. (2017). Sistemas de detección en los coches para evitar accidentes. Disponible en: https://www.xataka.com/automovil/sistemas-de- deteccionen-los-coches-para-evitar-accidentes (Tomado el 20 de junio, 2018) Osorio, S. (2016). Estadísticas de muertos en sitio provisionales en accidentes de tránsito 2016- Abril 2018. Disponible en:
- 45. 44 https://www.csv.go.cr/documents/10179/1164254/ Estadistic as+muertos+en+sitio+provisionales+2016Abril+2 018.pdf/184a5fc7-ecf5-402d-a7c4-d6a3c9ce26f3 (Tomado el 20de junio, 2018) Sampieri, C. (1991). Metodología de la investigación. Disponible en: https://metodologiasdelainvestigacion.files.wordpr ess.com/2 017/01/metodologia-investigacion-hernandez- sampieri.pdf (Tomado el 11 de julio, 2018) Sampieri, C. (2006). Metodología de la investigación. Disponible en: https://investigar1.files.wordpress.com/2010/05/10 33525612 mtis_sampieri_unidad_1-1.pdf (Tomado el 11 de julio, 2018
- 46. 45 “DISEÑO DE SISTEMADE PRODUCCIÓN ELÉCTRICA EN LA ZONA DE PIJIJE DE BAGACES PARA HOGARES EN CONDICIÓN DE PRECARIO”. Keylor Mauricio López López. Facultad de Ingeniería Escuela de Electrónica y Electromecánica. Universidad Central de Costa Rica. keylor229@gmail.com Abstract The construction of an electromechanical system that meets the possibility of generating clean and sustainable energy is the reason for this project. It is achieved by ingenuity with an arrangement of elements of low economic cost. The design and construction of an aero generator with a Savonius turbine, involves the mechanization of the parts, the theoretical and practical study of the characteristics of each element. Talking to the beneficiary and doing everything possible to solve their needs; the design of the electrical distribution of the dwelling is reached, which is carried out as close as possible to the National Electric Code in order to safeguard the physical integrity of people and their property. Many difficulties were encountered in putting the construction of these systems into practice, but ingenuity and methodical planning always leads us to a successful conclusion. CAPITULO 1. Introducción 1.1 El problema y su importancia. El entorno de desarrollo actual lleva cada vez más a la necesidad de intercomunicar y relacionar con el resto del país y el mundo, al pensar en esto es normal extraerse de las necesidades que se pueden dar por sentadas, como el simple acceso a la electricidad de manera pronta, simple y estable; esto gracias a que en el país se cuenta con una cobertura del 99,3% según datos del ICE. Pero, ¿qué ocurre con ese otro 0.7%? El estudio de una manera simple y auto sustentable de como producir electricidad en zonas rurales y asentamientos de bajo presupuesto como lo son los precarios, da origen a la postulación de este proyecto, en el que se deben de tener en cuenta relaciones de consumo mínimas en hogar que cumpla con las condiciones antes propuestas. Con el propósito de poner en práctica los conocimientos adquiridos en el estudio de la carrera de Ingeniería Electromecánica en lo que se refiere a PRODUCCIÓN ELECTRICA DE BAJO COSTO Y DISEÑO ELÉCTRICO, el cumplir con el seminario de graduación (tesina de grado); requisito de la carrera, se presenta la propuesta del tema a desarrollar, el cual será referido al “DISEÑO DE SISTEMA DE PRODUCCIÓN ELÉCTRICA EN LA ZONA DE PIJIJE DE BAGACES PARA HOGARES EN CONDICIÓN DE PRECARIO”. Este proyecto reconoce la importancia de brindar una solución viable a bajo costo y que sea repetible bajo variables mínimas, para un sector de la población específica.
- 47. 46 1.2 Planteamiento delproblema. En convenio con el Sr. Rodrigo Alberto López Alvarado cédula 2-0401-0875, propietario de la finca ubicada en la zona de Guanacaste, Bagaces, Pijije, del Súper mercado la PZ 12km al norte. Se toma en cuenta la necesidad de una solución para la falta de fluido eléctrico, ya que, el Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) que es el proveedor del servicio en la zona no llega hasta la finca argumentando los copos abonados en la zona al menos proyectado hasta el año 2030; a nivel privado no cuenta con el dinero para invertir en paneles solares que serían la solución más simple. El estudio en el área de diseño de instalaciones eléctricas de bajo consumo, sumado a la producción de energía eólica a bajo costo y pequeña escala; debe poder brindar una solución satisfactoria para la necesidad del Sr. López. Por lo que se requiere evaluar y construir un sistema que aproveche los recursos con los que se cuenta en la zona: Viento con una velocidad media típica de entre 32.8 y 40 Km/h en la banda horaria de las 700 y 1800 horas según el IMN. 1.3. Objetivos. 1.3.1. Objetivo General. Resolver la carencia de fluido eléctrico estable, en la zona de Pijije de Bagaces para hogares en condición de precario. 1.3.2. Objetivos Específicos. 1. Levantar un listado las necesidades de consumo eléctrico básicas de hogares en esta condición, para poder tener un marco de referencia para el diseño eléctrico del mismo. 2. Llevar acabo el levantamiento de croquis eléctrico a las instalaciones actuales. Determinando requisitos como caídas de voltaje y calidad de los materiales a utilizar. 3. Realizar el estudio y diseño de un sistema de generación eólica que cumpla con las necesidades de los puntos 1 y 2. 4. Construir en el campo un modelo de generación que se pueda acercar a las necesidades teóricas, buscando la satisfacción del estudio de los puntos 1 y 3. 1.4. Alcances de la investigación. La presente investigación es de interés para estudiantes del área de ingeniería electromecánica y afines. Es de suma utilidad tener en cuenta que siempre van a existir elementos de mayor complejidad en cualquier diseño de sistemas electromecánicos, por lo que es prioritario detectarlos y no avanzar hasta tanto haberlos resuelto, para así no tener que andar sobre sus propios pasos. Limitaciones: la mayor limitación en este proyecto su la facilidad para encontrar un generador adecuado, sumado a la lejanía del lugar donde se debía hacer el montaje final. CAPÍTULO 2. Marco Teórico. Para lograr un conocimiento base para este proyecto se debe de tener en cuenta las razones adecuadas para la elección de los elementos de los que se harán uso para la construcción del sistema. 2.1. Tipos de Turbinas eólicas. Comercialmente se utilizan dos tipos de turbinas y la diferencia es la posición del rotor en la acción del viento sobre las palas se clasifican como Horizontales y Verticales. 2.1.1. Turbinas de eje Horizontal. Estas son las más conocidas ya que las podemos remontar a Europa desde el siglo XII, que mantienen típicamente alturas no mayores a 7 metros desde la base a la parte superior de la pala (en posición a las 12), básicamente utilizadas como molinos fueron muy utilizadas para funciones como bombeo de agua y moler granos. Fig. 1. Turbinas tipo molino. Como aerogeneradores también se pueden identificar según el lado donde gira el rotor, detrás de la torre se denomina de sotavento y de girar frente a la torre se nombra barlovento, estas son las más utilizadas en los parques eólicos; son muy eficientes ya que generan torques muy altos. Los extremos de los álabes son de ángulos variables para optimizar el flujo de aire en ellas. Los
- 48. 47 aerogeneradores se constituyende varios elementos Partes exteriores: 1- Base o cimiento, en esta también se suelen colocar los trasformadores que acoplan la carga a la red de distribución eléctrica. 2- Torre: 3- Góndola para tren de fuerza. 4- Álabes o palas. 5- Rotor. Fig. 2. Aerogenerador. La altura de las torres prefabricadas se construye según las siguientes relaciones: Altura de la torre (m). Potencia nominal de la turbina (kW). Diámetro del rotor (m). 65 600-1000 40-65 65-114 1500- 2000 70-80 120-130 4500-6000 112-126 Tabla 1. Relación altura, potencia y diámetros en torres. La función del rotor es convertir la energía entregada por los álabes en movimiento mecánico rotacional esto lo logra mediante el acople de los álabes a la carcasa del rotor mediante el buje principal y este a su vez con el árbol de transferencia del tren de fuerza mediante el cojinete principal. Los álabes son construidos principalmente de fibra de carbono, de vidrío y reforzadas con plásticos de alta resistencia, esto porque las de metales como hierro e incluso aluminio eran altamente afectadas por la corrosión y fricción por partículas como polvo, granizo entre otras. Su construcción es similar a las alas de los aviones que funcionan por el principio de cambio de presiones y la fuerza de empuje. La góndola debe de tener la capacidad de girar junto siguiendo la dirección del viento por lo que se une por medio de rodamientos. Sus partes son: Fig. 3. Góndola aerogenerador. (1) Rotor, (2) Cojinete principal, (3) Árbol principal, (4) Freno, (5) Generador, (6) Sistema de orientación, (7) Multiplicador de velocidad, (8) Acoplamiento flexible. 2.1.2. Turbinas de eje Vertical. Las turbinas de eje vertical son utilizadas en producción de baja escala, ya que no exceden una eficiencia al 55%. Hay dos tipos de este tipo de Turbinas: A- Darrieus: debe su nombre a Georges Darrieus y fue patentado en 1931, utiliza velocidades de viento cercanas a los 5 m/s; son construidas en dos o cuatro palas. Estas típicamente se colocan a alturas entre 5 y 10 m y sus palas miden entre 1.5 y 3 m de altura. Fig. 4. Turbina Darrieus. B- Savonius: nombrada en honor a su diseñador el Ing. Sigurd J. Savonius y fue patentado en el año 1922, la construcción es muy simple y aerodinámicamente eficientes. La construcción es de dos o tres palas y una de sus mayores eficiencias es la no oposición al viento según la dirección que este tanga. Típicamente en una vista superior se puede ver observar la forma de una S o Y (dos o tres palas). Las turbinas de 3 palas colocadas a 1/3 del diámetro, generan un mejor arrastre del viento haciéndola más eficiente y aunque la tercer pala resta un 1/6 del arrastre de cada una de las demás (por el traslape de las palas), esto logra incrementar la eficiencia general hasta en un 40% Esta turbina es utilizada en donde la eficiencia no son están importante como el costo. Como generadores se suelen utilizar en techos de casas para más eficientemente en boyas de aguas profundas por la poca potencia de arrastre y casi ningún mantenimiento. Fig. 5. Turbina Savonius. Como sus mayores ventajas están: bajo costo de fabricación, baja arrastre para el inicio del movimiento, funcionamiento desde vientos entre 7 y 15 km/h. Para calcular la potencia entregada por la turbina debemos utilizar la siguiente formula:
- 49. 48 Potencia Máxima =0,18*H*D*v3 [W] Donde: H = altura D = Diámetro total del rotor V = Velocidad del viento Tabla 2. Potencia máxima. Y para poder determinar las rpm: RPM Savonius = (60·λ·v)/(π·D) [rpm] Donde: λ = La velocidad específica (aprox. 1) v = velocidad del viento D = diámetro del rotor Tabla 3. Revoluciones en turbina. 2.2 Sistema de generación, almacenamiento y conversión de la energía. El sistema ocupa un subsistema que es contemplado por el generador eléctrico, batería de almacenamiento y un inversor de voltaje para las salidas de tensión en 12 o 120V, a continuación una breve descripción de estos elementos. 2.2.1 Generador de imanes permanentes. Es una máquina del tipo motor sincrónico, en el que se han cambiado los bobinados del estator (típicamente) por imanes permanentes. Esto con el fin de cuando sean cortados los campos electromagnéticos de los imanes permanentes por el bobinado del rotor; se induzca en este una corriente electromotriz, al ser encausada ya sea por anillos rasantes o las delgas de un conmutador se pueda inducir una corriente eléctrica. Fig. 6. Partes de generador eléctrico de imanes permanentes. Por el eje de giro a los generadores se les denomina de flujo axial o radial, esto claramente no es correcto físicamente, ya que el flujo magnético por la ley de la mano derecha siempre será perpendicular al campo magnético de los imanes; sino se refiere a donde se colocan los imanes ya sean en el rotor o estator. Fig. 7. Colocación de imanes en un generador Como se puede ver en la figura 7 los imanes en ambos casos se colocan con polos magnéticos alternados y en números pares, esto para que cuando una espira este cortando el campo de un par de imanes con polos opuestos a una velocidad angular determinada y con esta podemos determinar la fem inducida en cada bobina, mediante la función: Fem inducida en bobina = 0,148(rpm)*r*B*N*L Donde: B = campo magnético de bobina r = radio del imán N = número de espira en bobina L = longitud de la bobina Tabla 4. Fem inducida en bobina. 2.2.2 Batería de celdas. Las baterías de celdas funcionan bajo el principio fuentes de voltaje en serie, ya que están compuestas de 6 celdas con la capacidad de producir 2V cada una y esto se suma a la siguiente hasta llegar a los 12V de los que hacemos uso normalmente. Cada celda contiene dos grupos de láminas (varían su composición de una marca y modelo a otro) que forman dos electrodos con cargas opuestas. Las celdas están cubiertas por un 65% de agua y un 35% de ácido sulfúrico los cuales actúan como electrolitos, que al trasmitir electrones al plomo y oxido de plomo de las rejillas estas generan una corriente desde la primer celda a la segunda y así sucesivamente. Una vez se descarga la batería puede volverse a cargar mediante mecanismos como alternadores o generadores; es importante hacer notar que para dar paso a cada una de estas etapas es
- 50. 49 indispensable la alternaciónde las mismas para lo que se utilizan reguladores de paso de corriente en los automóviles o mecanismos de funcionamiento. Fig. 8. Partes de batería. 2.2.3 Inversor de voltaje Sin importar el tipo o potencia del inversor el funcionamiento de todos es bajo el mismo principio en el que se toma señales de una variedad de frecuencias mediante pulsos o picos de corriente directa, que se lleva a un inductor ya sea transformador a bobina los cuales por inducción generan una señal de corriente alterna. La pieza clave del inversor es propiamente el elemento que induce los pulsos ya sea un generador u oscilador debe estar diseñado con características de potencia (corrientes de más de 2A) por lo que deben de usarse transistores de potencia y eficientes disipadores de calor. 2.3 Diseño eléctrico de la casa Junto a las partes mismas del sistema se debe de tener en cuenta los parámetros y mediciones mismas para el diseño seguro de la instalación eléctrica misma de la casa. Este sistema tendrá una componente en corriente alterna, que está regulado por el código eléctrico nacional; pero a la vez tendrá una parte de corriente directa que no está contemplada en dicho código por lo que esta se tendrá que desarrollar de manera libre. Diseño Eléctrico. 2.3.1 Diseño de ramales en el Código eléctrico. El código eléctrico nacional prevé normas y códigos que unifican criterios, con la intención de prevenir sinestros que afecten la vida humana, la infraestructura, equipo electrónico y electromecánico. Es por ello que en la actualidad es obligatorio en nuestro país y de suma importancia, realizar los diseños eléctricos apegados a la normativa vigente y al código eléctrico nacional (NEC). “RTCR 458:2011 Reglamento de Oficialización del Código Eléctrico de Costa Rica para la Seguridad de la Vida y de la Propiedad”. Por esta razón se aplicaran los parámetros establecidos para casa de interés social que es lo más cercano a nuestro caso, privando por sobre todo la coherencia y sentido común al no ser este un caso típico. Es importante tener en cuenta que la casa tiene medidas de 6 metros de frente por 6 de fondo y es un cuadrado sin divisiones internas y tiene una letrina en uso, aunque se debe tener en cuenta una pronta ampliación para un baño. En cuanto a los sistemas de iluminación a pesar de que en nuestro caso se realizará en corriente directa a 12V podemos tomar como parámetro el artículo 220.12; este mismo cálculo aplica para el ramal de tomas de uso general: “220.12 Cargas de alumbrado para ocupaciones específicas. Una carga unitaria no inferior a la que se especifica en la Tabla 220.12 para las ocupaciones específicas aquí debe constituir la carga de alumbrado mínima. El área del suelo de cada piso se debe calcular a partir de las dimensiones exteriores del edificio, unidad de vivienda u otras áreas involucradas. Para las unidades de vivienda, la superficie calculada del suelo no debe incluir los pórticos abiertos, los garajes ni los espacios no utilizados o sin terminar que no sean adaptables para su uso futuro.” # de circuitos ramales = A / Voltio- Amper por m2 Donde: A = área de la casa VA/m2 dato de tabla 220.12 Tabla 5. Número de ramales mínimos. Fig. 9. Planta de casa.
- 51. 50 Tabla 6. Extractode tabla 220.12 Para el cálculo de caída de tensión en el código se estable un procedimiento general el cual aplica tanto en el ramal de tomacorrientes de uso general, ramal de iluminación e incluso para la acometida entre el generador y la batería. Caída Voltaje monofásica = (2*ϕ*L*I)/S [V] Donde: L = longitud del cable I = Corriente activa ϕ = resistividad, 0,017 cobre y 0,027 aluminio S = sección transversal del conductor Tabla 7. Cálculo de caída de voltaje. También podemos calcular este valor en su valor porcentual. % Caída Voltaje = CV* 10/12 Donde: CV= Caída de voltaje Tabla 8. %Cálculo de caída de voltaje. Para poder realizar estos cálculos se deben utilizar los datos de la tabla 8 del capítulo 9 para extraer los datos de propiedades de los conductores. Tabla 9A. Tabla 8 Propiedades de los conductores Con los datos presentados en esta sección podemos realizar los cálculos necesarios para el diseño de nuestro proyecto. CAPÍTULO 3. Memoria de Cálculo. 3.1 Cálculo de potencia entregada por la turbina Savonius. 3.1.1 RPM Savonius. El primer dato a encontrar es las revoluciones por minuto que puede alcanzar típicamente la turbina. Para esto es importante hacer notar que se obtuvo la información de velocidad media del viento en la estación de Bagaces la página pública del IMN, en promedio la velocidad es de 40 km/h (11.1 m/s), pero el movimiento observado en el sitio utilizando un velocímetro de bicicleta colocado en el Savonius fue de 33 km/h (9.17 m/s); por lo que utilizará la observada al ser el peor escenario. RPM Savonius = (60·λ·v)/(π·D) [rpm] RPM Savonius = (60·1·9.17)/(π·1) [rpm] RPM Savonius = 175 [rpm] Donde: λ = La velocidad específica [1] v = velocidad del viento [9.17 m/s] D = diámetro del rotor [1 m] 3.1.2 Potencia del Savonius. Para las palas de la turbina se utilizó un barril de aceite de 200 litros. Potencia Máxima = 0,18*H*D*v3 [W] Potencia Máxima = 0,18*1*0.8*(9.17)^3 [W] Potencia Máxima = 111 [W] aproximadamente 1/7 Hp Tabla 9B. Extracto Tabla 8.
- 52. 51 Donde: H =altura [1 m] D = diámetro del rotor [0.8 m] V = velocidad del viento [9.17 m/s] 3.2 Cálculo de potencia entregada por generador. 3.2.1 Fem inducida por el generador. Al no tenerse los datos suficientes para hacer el cálculo matemático (no se tiene ni la potencia del campo magnético de los imanes ni de las bobinas) ya que el generador fue reutilizado de un motocultor dañado. Teniendo en cuenta que nuestra turbina puede llegar a 175 rpm y el juego de poleas es de 6:1 por lo que el máximo de revoluciones en el generador será de 1050 rpm. Por lo que se procedió a hacer el análisis mediante la inspección visual, poniéndolo en un torno y midiendo en la salida del generador utilizando una resistencia Shottky y se obtuvieron los siguientes datos. RPM Corriente generada 100 0,1 A 300 0,4 A 700 1,2 A 1000 1,5 A 1200 1,83 A 1500 2,15 A 3.3 Cálculo para el diseño eléctrico 3.3.1 Numero de ramales mínimo. Con este dato podemos saber cuántos circuitos de iluminación y tomas de uso general necesitamos. # de circuitos ramales = A / Voltio- Amper por m2 # de circuitos ramales = 36 /33 # de circuitos ramales = 1 Donde: A = área de la casa [36 m2] VA/m2= dato de tabla 220.12 [33] 3.3.2 Caída de voltaje. Ya que los factores para determinar las caídas de tensión se encuentran en la misma tabla 8 del capítulo 9 de C.E. Nacional podemos aplicar la misma fórmula para ambos ya que en realidad la formula no contempla variables entre corriente directa o alterna. Caída en corriente alterna. El circuito de tomas de uso general va a tener un máximo de 1200W ya que el inversor es de 1500W y se utilizará a un 80% de su capacidad total. Esto nos da una corriente de 10A. Caída Voltaje monofásica = (2*ϕ*L*I)/S [V] Caída Voltaje monofásica = (2*0,017*6*10)/3,31 Caída Voltaje monofásica = 0,61 V Donde: L = longitud del cable [6 m] I = Corriente activa [10 A] ϕ = resistividad, 0,017 cobre seccióntransversaldelconductor [3.31 S = mm] Y el porcentaje de la misma es: % Caída Voltaje = CV* 10/12 % Caída Voltaje = 0,61* 10/12 % Caída Voltaje = 0,51% Donde: CV= 0,61 V Caída en corriente directa. Ya que según el diseño que podemos diseñar se van a utilizar un total de cuatro luminarias de 15W y 12V por lo que la corriente consumida total será de 6A. Caída Voltaje monofásica = (2*ϕ*L*I)/S [V] Caída Voltaje monofásica = (2*0,017*5*6)/3,31 Caída Voltaje monofásica = 0,3 V Donde: L = longitud del cable [5 m] I = corriente activa [6 A] ϕ = resistividad, 0,017 cobre S = sección transversal del conductor [3.31 mm] Y el porcentaje de la misma es: % Caída Voltaje = CV* 10/12
- 53. 52 % Caída Voltaje= 0,3* 10/12 % Caída Voltaje = 0,25% Donde: CV= 0,3 V Por ultimo podemos calcular la caída en la cometida, sabiendo que la máxima corriente del generador será de 1.5A por las limitaciones dados por la construcción misma de nuestra turbina. Caída Voltaje monofásica = (2*ϕ*L*I)/S [V] Caída Voltaje monofásica = (2*0,017*14*1,5)/3,31 Caída Voltaje monofásica = 0,21 V Donde: L = longitud del cable [14 m] I = corriente activa [1,5 A] ϕ = resistividad, 0,017 cobre sección transversal del conductor [3.31 S = mm] Y el porcentaje de la misma es: % Caída Voltaje = CV* 10/12 % Caída Voltaje = 0,21* 10/12 % Caída Voltaje = 0,18% Donde: CV= 0,21 V CAPÍTULO 4. Propuesta de diseño. Se tuvo como premisa hacer uso de la mayor cantidad de materiales de reciclaje y chatarra para aminorar el impacto de la huella de carbono y la vez disminuir costo. La mayoría de la mecanización se realizó personalmente o con la cooperación de amigos y familiares en la zona más cercana posible al lugar del ensamble. 4.1 Diseño de turbina. Para el diseño de la turbina se escogió el la turbina tipo Savonius por las ventajas expuestas en la sección 2.1.2B y las piezas. La turbina es básicamente tres medios barriles unidos por dos abrazaderas de platina tipo punta de diamante mediante tornillos a las palas, estas giran en un eje de tuvo galvanizado de 3/4". A la vez están unidas entre sí por un marco de angular de hierro de 1” de ancho para darle rigidez al momento de girar. Él tuvo endosa en un eje de lo que fuera trozo de barra, que fue torneado para este fin, además es ajustado mediante dos tornillos prisioneros para evitar la vibración. El eje gira sobre un par de muñoneras colocadas en una caja de angular donde también se alinearon un juego de poleas de 12” en el eje de la turbina y otra de 2” en el generador. Es importante que en las poleas se hicieron “nidos” en el eje para poder asegurarlos. Para poder alinear el centro de masa de la turbina con él tuvo que nos sirve de torre, se utilizó una placa de hierro de 1/8" y se atornillo para que se posible desmontar la turbina por efecto de mantenimiento como sería un cambio de fajas o daños en el mismo generador. También se utilizó la base para colocar un velocímetro con el que se midió la velocidad de giro de la turbina. En lo respectivo a la construcción tanto de la base como del mismo Savonius los mayores retos fueron en el alineamiento de las piezas ya que evitar la vibración en un proceso mecánico sometido a la intemperie toma mayor complejidad, ya que, hay que tener en cuenta que a corto plazo las piezas se fatigarán así que el alineamiento de las estructuras es aún más importa. Fig. 11. Base en angular. Fig. 10.Turbina Savonius.
- 54. 53 4.2 Diseño desistema de producción eléctrico. La escogencia del generador de corriente directa para poder cargar la batería fue sin duda el elemento que presento la mayor complejidad, dado que este debía de tener la capacidad de cargar la batería en el menor plazo posible pero no tener necesitar un toque o velocidad mayor al que podría suministrar la turbina. La primera opción fue un motor de corriente continua de imanes permanentes y el que se pudo encontrar en la chatarrera era de 120V; este se rebobino para poder llevarlo a 12V. En principio el rotor estaba bobinado en 50 espiras con alambre calibre 26 y se rebobino finalmente en 8 espiras de alambre calibre 17, pero al momento de probar la generación se requirió de mucho torque y por ser un motor sincrónico ocupaba de muy altas revoluciones. Luego se intentó usar motor de las escobillas de un auto pero el problema fue la muy baja corriente generada. La utilización del generador del motocultor fue la mejor opción. Al generador se le colocó un diodo de potencia para evitar que tuviera una retro alimentación. La conexión del sistema de generación es la siguiente. Fig. 12. Diagrama unifilar de acometida. 4.3 Diseño eléctrico de la casa. El primer paso para el diseño es conversar con los beneficiarios acerca de las necesidades de las que esta consiente. El beneficiario apunta a la falta de iluminación nocturna y la posibilidad de instalar algún sistema de enfriamiento para los alimentos y leche del bebé, este último punto se deberá de llevar a cabo mediante el uso de una hielera con un sistema de recirculación del aire frio de forma forzada, ya que la instalación de un congelador quedaría fuera de este proyecto por las limitaciones del sistema para mantener cargas inductivas recurrentes. En el diseño se contempló que las caídas de tensión fueran las mininas por eso se utilizó calibre de cable 12 AWG en cobre, además de ser de uso comercial y de costo similar a sus dos inmediatos predecesores, con la diferencia de una amplia disponibilidad en el mercado. Para la construcción eléctrica se utilizaron elementos normados UL. La construcción se hizo conforme a la siguiente distribución. Fig. 14. Simbología eléctrica. Fig. 13. Distribución eléctrica de la casa. Capítulo 5. Conclusiones. 5.1. Conclusión general. Es posible resolver la carencia de fluido eléctrico en la zona de Pijije de Bagaces para hogares en condición de precario mediante un sistema de producción de energía eólica a baja escala. Fig. 11. Sistema de generación.
- 55. 54 Esto se logrócumpliendo con • Se realizó el levantamiento de las necesidades de consumo eléctrico básicas de hogares en esta condición, se pudo realizar un marco de referencia para el diseño eléctrico del mismo. • Se llevó a cabo el levantamiento del croquis eléctrico a las instalaciones actuales. Determinando requisitos como caídas de voltaje, y calidad de los materiales a utilizar. • Se ejecutó el estudio y diseño de un sistema de generación eólica que cumplió con las necesidades de los puntos 1 y 2. • Se construyó en el campo un modelo de generación que pudo acercarse a las necesidades teóricas, buscando la satisfacción del estudio delos puntos 1 y 3. 5.2 Recomendaciones • Es de vital importancia tener todos los materiales inventariados ya que al trabajar en un lugar tan distante, se vuelve especialmente complejo el poder ir a comprar o conseguir desde un tornillo hasta una herramienta; por lo que se recomienda hacer un listado de necesidades cada vez que se llegue al campo. • El definir cuál o cuáles elementos serán limitantes para el proyecto (en nuestro caso el generador) es la primera prioridad y se deben de enfocar todos los esfuerzos a resolverlo ya que esto evitará rediseños y ajustes en el camino. • La recomendación más importante es disfrutar el proceso ya que la frustración es inherente en a este tipo de proyectos al no existir planos o estudios que nos sirvan de guía, por lo que siempre vale la pena recordar las sabias palabras: “Siempre se resuelve de lo sencillo a lo complejo”. • Se recomienda implementar este tipo de sistema en zonas donde no se cuente con cobertura eléctrica. • Se recomienda tomar en cuenta la posibilidad de comercializar esta solución, ya que aunque acá en el país la zona sin cobertura eléctrica es muy escaza a nivel centro americano es muy amplia, por lo que en realidad se encuentra hay una amplia oportunidad de negocio. 5.3 Agradecimientos A Dios por ser el primer y gran inventor, por su amor infinito. A los amigos de desvelos y profesores que formaron y deformaron pensamientos en nuestro centro de estudio. Al Ing. Mario Picado por no solo ser un ejemplo como profesional y personal sino por enseñarme a pensar por que funcionan las cosas y que procesos hay detrás. A mi esposa Rebeca y mi hijo Lucas quienes siempre me retan a seguir pensando en inventos nuevos, por su amor y compañía… Eternamente GRACIAS..! Referencias. [1] Universidad de Castilla La Mancha (España). (s.f.). Curso de fisica ambiental. Energia eólica. Obtenido de https://previa.uclm.es/profesorado/ajbar ber o/FAA/EEOLICA_Febrero2012_G9.pd f. [2] Grupo SSC SA San Miguel de Allende Mexico. (s.f.). Trabajo en extenso aerogenerador Savonius Obtenido de http://www.academia.edu/4472261/Tra baj o_en_extenso_Aerogenerador_Savoniu s. [3] Universidad de Valencia (España). (s.f.). Funcionamiento de un generador de imanes permanentes aplicando la expresión de Lorentz. Obtenido de https://www.uv.es/~navasqui/aero/Fung en per.pdf. [4] Industrias Bosch. (s.f.).Manual de Baterias. Obtenido de http://www.serverwin.autonauticasur.c om/ Uploads/Bosch- NTDC002%20Baterias%20Jun14.pdf. [5] NFPA70 Código Eléctrico Nacional. Obtenido de los Capitulos 2 articulo 210 Circuitos Ramales. y Capitulo 9. Tablas; tablas 220.12, y tabla 8 Resistencia y reactancia de c.a. de cables trifásicos para 600 V a 60 Hz y 75° C (167° F) Vista panorámica desde el frente de la cas
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- 57. 56 Diseño de CircuitoControlador de Velocidad para Centrífugas de Laboratorio Clínico Harley Chacón Prado Facultad de Ingeniería Escuela de Electrónica y Electromecánica Universidad Central San José, costa rica harleyr021@hotmail.com Abstract- In the present work, basic and general aspects about the centrifugation processes will be made known, it will focus on the types of centrifugation, as well as the centrifuge, which is the device designed to produce the centrifugation in the Clinical Laboratories, we will know the types of centrifuge used in the laboratory, a proposal for a speed control design of the centrifuge will be presented, which will be generalized Resumen- En el presente trabajo se darán a conocer aspectos básicos y generales sobre los procesos de centrifugación, se enfocará sobre los tipos de centrifugación, así como de la centrífuga, la cual es el dispositivo diseñado para producir la centrifugación en los Laboratorios Clínicos, conoceremos los tipos de centrífuga utilizados en el laboratorio, se presentará una propuesta para un diseño de control de la velocidad de la centrífuga, el cual será generalizado. 1 Introducción 1.1 El problema y su importancia La Caja Costarricense del Seguro Social (C.C.S.S.) cuenta con aproximadamente 29 hospitales en todo el territorio Nacional, así como 110 Áreas de Salud, las que se ramifican en Clínicas y Ebais. "La Caja", como popularmente se le conoce, coordina y ejecuta programas tanto de prevención (vacunación, información sanitaria, entre otros.), tratamiento de enfermedades, para lo cual se requiere de diagnósticos clínicos, así como de la intervención quirúrgica o tratamientos que combatan las enfermedades (cirugías, radioterapia, farmacia, exámenes clínicos, etc.). Parte importantísima de todo Hospital y Área de Salud es el Laboratorio Clínico, dentro de las funciones básicas de los laboratorios es ejecutar la centrifugación. La cual se realiza dentro de una cámara acorazada, en la cual se colocan las muestras en tubos de ensayo sobre los porta tubos ubicados en la araña (dispositivo donde se colocan los porta tubos), en la cual, dependiendo del tiempo y la velocidad seleccionada, logrará realizar la separación de los componentes del material a separar, el equipo utilizado para este procedimiento se llama centrífuga. Uno de los problemas más recurrentes en las centrífugas es el fallo de los circuitos controladores de la velocidad de rotación. Debido a la diversidad y complejidad de marcas y modelos que posee la CCSS, se ha vuelto un problema complejo el tener a punto toda la gama de centrífugas existentes, por lo que en muchas ocasiones estos equipos pasan mucho tiempo fuera de servicio porque se debe esperara que el repuesto sea traído del exterior lo cual implica una alta erogación de dinero para la Institución, o en su defecto; son dadas de baja debido a que las compañías abandonan la representación de algunas marcas dejando sin posibilidad de habilitar el equipo, al laboratorio desprovisto de esta labor tan importante Entonces surge la pregunta. ¿Qué hacer para que las centrífugas no sean dadas de baja por falta de los controles de velocidad? Para poder solucionar esta situación; será propuesto un circuito controlador básico, simple, económico y fácil de fabricar para las centrífugas en general, puesto que sería de sumo provecho el poder crear un sistema de control que pueda ser integrado en cualquier centrífuga, lo que permita seguir utilizando los equipos y en la cual se tenga la posibilidad de efectuar futuras reparaciones, esto debido a que la posibilidad de comprar equipamiento nuevo para realizar la sustitución de estas centrífugas abandonadas, sería un fuerte golpe a las finanzas de la Caja. 1.2 Planteamiento del problema. ¿Qué hacer para que las centrífugas no sean dadas de baja por falta de los controles de velocidad? Para poder solucionar esta situación; será propuesto un circuito controlador básico, simple, económico y fácil de fabricar para las centrífugas en general, puesto que sería de sumo provecho el poder crear un sistema de control que pueda
- 58. 57 ser integrado encualquier centrífuga, lo que permita seguir utilizando los equipos y en la cual se tenga la posibilidad de efectuar futuras reparaciones, esto debido a que la posibilidad de comprar equipamiento nuevo para realizar la sustitución de estas centrífugas abandonadas, sería un fuerte golpe a las finanzas de la Caja. 1.3 Objetivos 1.3.1 Objetivo General Realizar el diseño de un circuito que sea utilizado en el control de la velocidad en una centrífuga de tubos. 1.3.2 Objetivos Específicos • Aplicar los conocimientos de electrónica: comportamiento d la AC, la CC, el comportamiento de los dispositivos electrónicos hacia el voltaje (V) y la corriente(A); adquiridos en la carrera. • Investigar sobre temas referentes al problema para plantear una solución para la problemática que se presenta en la C.C.S.S. con las centrífugas de tubos en los laboratorios clínicos. • Establecer un diseño genérico, que pueda ser utilizado para cualquier centrífuga de tubos. • Obtener el conocimiento sobre el concepto y el proceso de centrifugado. 1.4 Alcances y limitaciones 1.4.1 Alcances Se espera que el desarrollo de este tema les sirva a los servicios de mantenimiento en equipo médico de la CCSS, para que ellos mismos puedan desarrollar y crear este circuito propuesto, con la finalidad que sean instalados en todas aquellas centrífugas que, por las razones antes expuestas, se vean desprovistas de los recursos para poder echarlas a andar. 1.4.2 Limitaciones En la implementación a nivel de la CCSS de esta propuesta, se pueden presentar las siguientes limitaciones: • Carencia en algunas Áreas de Salud de taller de mantenimiento. • Escasez de personal técnico capacitado en los centros para desarrollar el circuito. • Los talleres de mantenimiento no poseen los instrumentos y material necesarios. • Falta de presupuesto o partidas en los centros para poder realizar la compra de lo necesario para este circuito. 2 Marco Teórico 2.1 ¿Qué es la centrifugación? La centrifugación es un método por el cual se produce la separación de partículas, que se basa en la distinta velocidad de desplazamiento de éstas en un medio líquido al ser sometidas a una fuerza centrífuga. La fuerza centrífuga es provista por una máquina llamada centrífuga, la cual imprime a la mezcla o sustancia; un movimiento de rotación que origina una fuerza que produce la sedimentación de los sólidos o de las partículas de mayor densidad y esta se separa en sus componentes sólidos y líquidos, lo cual está directamente relacionado con la masa de las sustancias. El objetivo de la centrifugación es separar sólidos insolubles (de partículas muy pequeñas difíciles de sedimentar) de un líquido. Para ello, se aplica un fuerte campo centrífugo, con lo cual las partículas tenderán a desplazarse a través del medio en el que se encuentren con la aceleración G. G = velocidad angular 2 x radio de giro. (G = w 2 x r). Formula 1. Aceleración. Tomado de https://www.uco.es/dptos/bioquimica- biolmol/pdfs/09%20CENTRIFUGACION.pdf Visto de otra manera G = velocidad angular + radio. En una muestra centrifugada se diferencian dos zonas: Sobrenadante: es la parte líquida de la muestra que queda en la parte superior del tubo. Pellet o sedimento: es la porción, generalmente sólida, que se deposita en el fondo del tubo.
- 59. 58 En Clínica seutilizan como muestras la orina o la sangre de pacientes, donde se realizan determinaciones físicas, biológicas, bioquímicas u hormonales. Dependiendo del estudio y de la muestra (sangre u orina) el producto que se utilice después de la centrifugación puede ser el sobrante (suero, plasma) o el sedimento o pellets, formado por los elementos que se han ido al fondo del tubo (células, cristales). 2.2 Tipos de Centrifugación 2.2.1 Centrifugación diferencial: Esta técnica de centrifugado se basa en la diferencia en la densidad de las moléculas. LA centrifugación se realiza a varias velocidades para ir logrando la sedimentación según el peso de las moléculas, las cuales variaran según la velocidad aplicada. Ilustración 1. Centrifugación Diferencial 2.2.2 Centrifugación isopícnica: En esta técnica de centrifugación las partículas se separan en un gradiente de igual densidad, además es indispensable que la densidad máxima del gradiente final sea mayor a la densidad de las partículas, esta técnica es muy usada para separar partículas de igual tamaño, pero de densidades distintas. Ilustración 2. Centrifugación isopícnica o de equilibrio de sedimentación 2.2.3 Centrifugación zonal: En esta técnica de centrifugación las partículas se separan por la diferencia en la velocidad de sedimentación a causa de la diferencia de masa de la partícula a ser separada, y esta muestra sedimenta en diferentes zonas del gradiente. 2.2.4 Ultra centrifugación: Técnica de centrifugado, la cual utiliza velocidades superiores a 100 mil revoluciones por minuto, propiciando la sedimentación de las macromoléculas. 2.3 La Centrífuga. La centrífuga es una máquina que ha sido diseñada para acelerar la sedimentación de una muestra de algún tipo de sustancia, esto se logra poniendo a rotar la muestra a cierta velocidad utilizando la fuerza centrífuga que se genera en los movimientos de rotación, con el fin de separar los elementos que conforman una mezcla. En el área de Biología estas partículas pueden ser células, orgánulos subcelulares o macromoléculas. En el Laboratorio Clínico, la principal función de esta técnica es la separación de los elementos figurados de la sangre del suero o plasma. En el laboratorio las centrífugas se usan generalmente en procesos como la separación por sedimentación de los componentes sólidos de los líquidos biológicos y en particular, en la separación de los componentes de la sangre: glóbulos rojos, glóbulos blancos, plasma y plaquetas, entre otros, y para la realización de múltiples pruebas y tratamientos. 2.4 Tiempo de Centrifugación Para muestras utilizadas en el Laboratorio Clínico, en general, los tiempos de centrifugación están definidos, de acuerdo con el objetivo que se desea lograr. Las muestras de sangre pueden ser separadas en suero (o plasma si se utilizó un anticoagulante en el tubo) y elementos figurados a 1500 rpm x 5 minutos, sin embargo, si la muestra fue tomada en un tubo con gel separador, para obtener el mismo resultado, se debe centrifugar a 3500 rpm x 15 minutos, de acuerdo con las especificaciones del fabricante.
- 60. 59 Para las muestrasde coagulación (sangre tomada en tubos con anticoagulante citrato) la sangre debería centrifugarse a 2000 rpm x 15 minutos, generalmente en centrífuga refrigerada, ya que muchos componentes estudiados en la coagulación son frágiles a la temperatura. Las muestras de orina, para la obtención de sedimentos pueden ser centrifugadas a 1500 rpm x 5 minutos. 2.5 Tipos de Centrífugas. Existen diferentes tipos de centrífugas según el rango de velocidades de giro: 2.5.1 Centrífugas de baja velocidad, de sobremesa o clínicas. Equipo médico utilizado en laboratorio clínico para realizar la separación de moléculas en la muestra de una sustancia determinada, este tipo de centrífuga alcanza velocidades de giro de 4.000 a 5.000 revoluciones por minuto. Ilustración 3. Centrífuga baja velocidad. 2.5.2 Las centrífugas microfuge o biofuge (microhematocritos): Equipo médico utilizado en laboratorio clínico para realizar la separación de moléculas en la muestra de una sustancia determinada, este tipo de centrífuga alcanza velocidades de giro de 10.000 a 20.000 revoluciones por minuto. Ilustración 4. Microcentrífuga. 2.5.3 Centrífugas de alta velocidad. Equipo médico utilizado en laboratorio clínico para realizar la separación de moléculas en la muestra de una sustancia determinada, este tipo de centrífuga alcanza velocidades de giro de 18.000 a 25.000 revoluciones por minuto, normalmente son refrigeradas para evitar el calentamiento por rozamiento a altas velocidades. Ilustración 5. Centrífuga alta velocidad 2.5.2 Ultracentrífugas. Equipo médico utilizado en laboratorio clínico para realizar la separación de moléculas en la muestra de una sustancia determinada, este tipo de centrífuga alcanza velocidades de giro mayores a las 50.000 revoluciones por minuto, son equipos que contienen sistemas auxiliares de refrigeración en la cámara del rotor para enfriar las muestras, así como en el motor y en los sistemas de vacío.
- 61. 60 Se utilizan enla obtención de datos precisos de propiedades de sedimentación y en el aislamiento de partículas de tamaño muy diminuto (microsomas, virus, macromoléculas). Ilustración 6. Ultracentrífuga. 3 Marco Teórico 3.1 Enfoque de la investigación Este estudio se enfoca en la adquisición del conocimiento que se debe tener con respecto al proceso del centrifugado y lo relativo con la centrífuga, dado que es el dispositivo creado para producir el proceso mencionado en el laboratorio clínico de cualquier centro de salud, de manera que se deslumbre una solución a la problemática existente con las centrífugas. 3.2 Tipos de investigación. Dadas las características que presenta este estudio, se ubica dentro del tipo investigación-acción, por lo cual; ubicamos este estudio dentro del tipo cualitativo, esto debido a que en el estudio no se presentan instrumentos para la obtención de ningún tipo de datos numéricos. Sampieri se refiere al diseño de investigación – acción así “es comprender y resolver problemáticas específicas de una colectividad vinculadas a un ambiente (grupo, programa, organización o comunidad) … Asimismo, se centra en aportar información que guíe la toma de decisiones, para proyectos, procesos y reformas estructurales” (Dr. Roberto Hernández Sampieri, 2014). Según la definición anterior es que este estudio se determina Cualitativo, dado que se orienta en la problemática de una Institución (C.C.S.S.), se espera que la información aportada pueda ayudar a la elaboración de un producto que influya positivamente para mejorar los procesos que lleven a una posible solución del problema de las centrífugas. 3.3 Fuentes de investigación. Las principales fuentes consultadas para la elaboración de este estudio son páginas de internet que se refieran a los procesos de centrifugación, descripción de las centrífugas y criterios técnicos que orientan a la obtención de una respuesta al problema del control de la velocidad de centrifugación de los dispositivos diseñados para tal fin (centrífugas) en los laboratorios clínicos. 3.4 Técnicas e instrumentos de recolección de datos. 3.4.1 Observación La problemática que se plantea en este estudio se descubre por medio la observación en visitas a los laboratorios clínicos de los diversos centros de asistencia médica establecidos a lo largo y ancho del País pertenecientes a la Institución, en donde el problema planteado es recurrente en los centros. Para el entendimiento del proceso de centrifugación, así como el entendimiento de la centrífuga, se consultas páginas de internet, las cuales son la fuente de información de este estudio. De estas fuentes y el análisis de la información contenida en ellas, se desarrolla una idea para la elaboración de un producto que puede dar solución el problema planteado. Esta propuesta es analizada en el funcionamiento general de las centrífugas de laboratorio clínico, se determina que es una opción bastante viable para la realidad y alcances de la Institucional (C.C.S.S.) 4 Análisis de Resultados. 4.1 Circuito Control ador de La Velocidad de Una Centrífuga.
- 62. 61 Al finalizar lainvestigación referida en las fuentes consultadas, se presente el siguiente diseño de un C1 es de 100v. Puntos 1, 2 y 3 son parte de (J/P1) Ilustración 8. Flujo de corriente en baja y alta velocidad. Ilustración 7. Diseño de circuito controlador de velocidad. Este es el circuito encargado de controlar la velocidad de giro del motor de la centrífuga y por consiguiente del rotor. El circuito controlador de velocidad tiene como elemento principal al Triac Q1. Este elemento conduce en una parte determinada de cada ciclo de A.C. en baja velocidad, Q1 conduce al final de cada medio ciclo, mientras que en alta velocidad lo hace desde el principio de cada medio ciclo. El resistor R1 y los diodos rectificadores CR2 y CR3 proveen un voltaje de corriente continua a través del capacitor C1. Hay un potenciómetro externo de control de la velocidad (R3) que determina el nivel de conducción de cada medio ciclo, la combinación de cada voltaje sostenido y el voltaje de la armadura del motor que alcanza el valor crítico para que el diodo de disparo CR1 corte al Triac. El potenciómetro R2 ajusta el nivel cero de velocidad cuando el potenciómetro externo está en su valor mínimo. Ilustración 9. Imagen de los componentes montados en el circuito circuito controlador de velocidad para ser adaptado a cualquier centrífuga sin importar su marca o modelo. Se plantea una fabricación rudimentaria que pueda ser realizada en cualquier taller de equipo médico de la C.C.S.S. Flujo de Corriente en baja velocidad Flujo de corriente en Alta Velocidad
- 63. ilustración 10. Diagramaesquemático del sistema de la centrífuga. 4.2 Operación Funcional del Sistema de la centrífuga. Inicialmente el voltaje de entrada es aplicado, al circuito de control de la alimentación, el cual consiste en el interruptor principal (S2) y el temporizador. El voltaje de este circuito se aplica al circuito de control de velocidad y la salida del control de velocidad va directamente a la armadura del motor. A esta armadura se le relaciona un interruptor de freno y un tacómetro (V), el cual mide las revoluciones del motor, este tacómetro o galvanómetro, puede ser sustituido por unos displays; según la marca de la centrífuga, junto con el tenemos un potenciómetro calibrador de la velocidad. El interruptor principal es del tipo “doble polo y doble tiro” con la posición de apagado en el centro. En esta posición, todos los circuitos, excepto el de freno, están abiertos, el temporizador inactivo, por lo cual no se desarrolla voltaje en el circuito de control de velocidad. Cuando el interruptor se coloca en la posición ON/ Temp y el temporizador M2 es activado, se suple el voltaje al control de velocidad a través del interruptor del temporizador y uno de los contactos del interruptor de poder. Cuando el tiempo escogido llega a cero, los contactos del temporizador se abren e interrumpen la rotación del motor del temporizador y la alimentación del circuito de control de velocidad. Si el interruptor S2 se coloca en la posición No Temp, el motor del temporizador se inactiva y la alimentación se conecta directamente al circuito controlador de velocidad a través de los contactos del interruptor principal. El voltaje seguirá aplicado hasta que el interruptor de poder sea retornado a la posición de apagado. El interruptor de freno (S1) es “doble tiro, doble polo”, el cual se mantiene en la posición de apagado. Cuando se presiona, revierte la conexión en la armadura con respecto a la dirección de corriente de campo, lo cual resulta en una fuerza contraria a la dirección de rotación. Esto produce una acción de frenado que acorta el tiempo de paro. Cuando el interruptor se coloca en la posición de encendido “ON”, el motor queda conectado directamente a la línea de entrada, a través de un resistor de 25 ohmios que determina la magnitud de la fuerza de frenado del motor en la dirección inversa.
- 64. 63 A causa deesta conexión directa, el motor empezará a girar en la dirección inversa de frenado. 5 Conclusiones y Recomendaciones 5.1 Conclusiones 1) Los diseños para centrifugas son variados, lo más común que se utiliza en la actualidad son los controladores por PIC, sin embargo, en la C.C.S.S. no cuentan con los equipos de programación para PICS, lo cual no es una alternativa viable a utilizar. 2) Los talleres de la C.C.S.S. tienen muchas limitantes con respecto a poder invertir en investigación o pruebas. 3) Debemos tomar en cuenta; que en nuestro mercado de componentes electrónicos se ha limitado mucho el hecho de conseguir variedad en componentes, lo cual nos limita a encontrar diversidad en opciones. 4) Dado lo anterior; este diseño se centró en algo simple; que sea factible de construir e implementar en la C.C.S.S. con componentes fáciles de conseguir y así tener una opción viable para realizar modificaciones; justificadas como reparaciones en las centrífugas de la institución. 5) A nivel de programas para la creación de circuitos electrónicos, me fue bastante difícil el poder acceder a un programa que contenga todos los elementos para desarrollar circuitos. Por lo tanto, se utilizaron métodos más rudimentarios. 6) Al término de este proyecto, se cumplen los objetivos planteados ya que este circuito se puede implementar en centrifugas de varias marcas, utilizando todos los demás elementos que posean los equipos. 5.2 Recomendación El problema planteado en este estudio se refiere a las centrífugas de laboratorio clínico, sin embargo, la C.C.S.S. posee una gran gama de equipos médicos diversos, los cuales es muy probable que padezcan problemas muy similares al planteado. Por lo tanto, es conveniente que la Institución cree un departamento de investigación e innovación; donde se les dote de todos los recursos necesarios (software, equipos de programación para PICS, confección de impresos) para que puedan realizar arduas investigaciones y de estas surjan soluciones apropiadas y viables para remediar problemas en los equipos médicos que conllevan el dar de baja equipos que pueden ser rescatables. Referencias [1] Astromia. (s.f.). Centrífuga (fuerza) - Diccionario de astronomía - Astronomía Educativa. Obtenido de https://www.astromia.com/glosario/centrifug a. htm [2] Colombia, E. y. (4 de Julio de 2018). Que es una Centrífuga-equipos y laboratorio de Colombia. Obtenido de https://www.equiposylaboratorio.com/sitio/con tenidos_mo.php?it=2251 [3] Crisol, E. d. (4 de Diciembre de 2017). http://elcrisol.com.mx/centrifugas- paralaboratorio-tipos-centrifugacion/. Obtenido de http://elcrisol.com.mx/centrifugas- paralaboratorio-tipos-centrifugacion/ [4] Crisol, E. d.-E. (21 de Agosto de 2017). Te presentamos los diferentes tipos de centrífugas para laboratorio. Obtenido de http://elcrisol.com.mx/te-presentamos- losdiferentes-tipos-de-centrifugas- paralaboratorio/ [5] Cyntia Coronado, a. S. (s.f.). Método de Centrifugación. Obtenido de file:///D:/DEI_hchaconp/Downloads/M%C3% A9todo%20de%20centrifugaci%C3%B3n%20 quimica%20octavo%20a%20(1).pdf [6] Doctossismo. (s.f.). http://www.doctissimo.com/es/salud/diccion ari o-medico/ultracentrifugacion. Obtenido de http://www.doctissimo.com/es/salud/diccion ari o-medico/ultracentrifugacion
- 65. 64 [7] Dr. RobertoHernánde Sampíeri, D. C. (2014). Metodología de la Investigación. México D.F.: McGraw-Hill. [8] Dr. Roberto Hernández Sampieri, D. C. (2014). Metodología de la Investigación. Sexta edición. México D.F.: Mc-Graw-Hill / Interamericana Edditores S.A. [9] Galeano, A. (30 de Abril de 2015). http://www.esacademic.com/dic.nsf/es_medi cl opedia/21301. Obtenido de http://www.esacademic.com/dic.nsf/es_medicl opedia/21301 [10] Gardey, J. P. (2009). Definición de observación - Que es, significado y concepto. Obtenido de https://definicion.de/observacion/ [11] Jazmin. (2 de Junio de 2014). Todo Sobre Centrífugas-Metrix Laboratorios. Obtenido de http://www.metrixlab.mx/todo- sobrecentrifugas/ [12] Manual de centrífuga IEC HN-SII. [13] M, M. (s.f.). Fuerza Centrífuga y Centrípeta: energías circulares - VIX. Obtenido de http://www.ojocientifico.com/3592/fuerzace ntrifuga-y-centripeta-energias-circulares [14] Patentados.com. (1 de Mayo de 1985). Máquina Centrifugadora. Obtenido de https://patentados.com/1985/maquinacentrifu gadora [15] PS, C. (29 de junio de 2015). https://prezi.com/wybtuy_upbvn/centrifugaci on -diferencial/. Obtenido de https://prezi.com/wybtuy_upbvn/centrifugacion -diferencial/ [16] Quercusblog. (13 de Junio de 2014). Tipos de centrifugas de laboratorio-Quercuslab.es. Obtenido de https://quercuslab.es/blog/tiposde-centrifuga- de-laboratorio/ [17] QuimiNet. (16 de Junio de 2008). https://www.quiminet.com/articulos/losproce sos-de-centrifugado-30638.htm. Obtenido de https://www.quiminet.com/articulos/losproce sos-de-centrifugado-30638.htm [18] QuimiNet. (16 de Junio de 2008). https://www.quiminet.com/articulos/losproce sos-de-centrifugado-la-centrifugacion- zonal-2564058.htm. Obtenido de https://www.quiminet.com/articulos/losprocesos- de-centrifugado-la-centrifugacionzonal- 2564058.htm [19] Razo, C. M. (2011). Cómo Elaborar y Asesorar una Investigación de Tesis. Ciudad de México: Pearson Educación. [20] Reference, W. (2018). Diccionario Español - Wordreference.com. Obtenido de http://www.wordreference.com/definicion/cent rifuga [21] Rojas, M. A. (15 de Junio de 2007). http://132.248.9.34/hevila/HumanitasRevista de investigacion/2007/vol4/no4/4.pdf. Obtenido de http://132.248.9.34/hevila/HumanitasRevista de investigacion/2007/vol4/no4/4.pdf [22]
- 66. 65 Implementación de sistemade descargas eléctricas para GDTs (Gas Discharge Tubes) conforme el estándar UL 497B Sección 22. Fernando Estrada Hernández Facultad de Ingeniería Escuela de Electrónica y Electromecánica Universidad Central San José, Costa Rica. festrada@racsa.co.cr Abstract. One of the international organizations recognized worldwide for the development and execution of tests for materials and finished products is Underwriters Laboratories Inc. (UL from now on). UL offers certification related to security, validation, testing, inspection, auditing, consulting and training of services to a wide range of clients, including manufacturers, retailers, service companies and consumers. The purpose of this paper will focus on the implementation of a discharge system for Gas Discharge Tubes (GDT´s) as established in UL 497B standard section 22. These requirements cover protectors for data communications and fire-alarm circuits. I. INTRODUCCIÓN Dentro del campo de los componentes electrónicos existe una amplia cantidad de estándares los cuales indican las pruebas necesarias que deben aplicarse a los productos con el propósito de cumplir con estándares establecidos y que además, presenten las condiciones de seguridad para las personas así como para la diversidad de aplicaciones o sistemas en las que serán integradas. Uno de los organismos internacionales ampliamente reconocido a nivel mundial por el desarrollo y ejecución de pruebas para materiales y productos terminados es Underwriters Laboratories Inc. (UL de ahora en adelante). UL es una consultora de seguridad y certificación empresarial con sede en Northbrook, Illinois. Tiene oficinas en 46 países. Se estableció en 1894 y ha participado en el análisis de la seguridad de muchas de las nuevas tecnologías del siglo pasado, en particular la adopción pública de la electricidad y la elaboración de normas de seguridad para los aparatos y componentes eléctricos. UL ofrece certificación relacionada con la seguridad, validación, pruebas, inspección, auditoría, asesoría y capacitación de servicios a una amplia gama de clientes, incluyendo a fabricantes, minoristas, empresas de servicios y los consumidores. UL es una de varias empresas autorizadas para llevar a cabo pruebas de seguridad por la agencia federal estadounidense Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (Occupational Safety and Health Administration, OSHA); dicho organismo ha desarrollado estándares de pruebas para los componentes que tienen como función proteger circuitos de comunicación de datos y alarmas contra incendios. Particularmente, dicho estándar es conocido como UL 497B (Underwriters Laboratory Inc. (UL), 2004) y los dispositivos protectores a los que se hace referencia son los llamados comúnmente como GDT (por sus siglas en ingles Gas Discharge Tube) (Inc., Bourns. Tim Ardley B.Sc (Hons), Sr. Telecom Circuit Protection Field Applications Engineer., 2008). Para que un producto pueda estar reconocido bajo este estándar internacional, deberá cumplir lo establecido por UL una vez aplicada la prueba (los parámetros finales después de aplicada la prueba las determina el fabricante); de lo contrario, el producto es considerado no apto e inseguro para su uso, no otorgando el reconocimiento correspondiente, lo que resta credibilidad sobre la seguridad del mismo. En la mayoría de los casos, las compañías fabricantes de GDT´s, no cuentan con la capacidad de realizar algunas de dichas pruebas, obligándose a enviar el producto a certificarse sin la previa verificación interna, lo que representa una pérdida de recursos en cuanto a tiempo y dinero ya que en caso de fallo el costo para el fabricante de volver a someter el producto a las pruebas es elevado, retrasando la obtención del certificado y el desarrollo de un nuevo producto, ya que el mismo no puede ser lanzado al mercado sin dicha certificación por parte del ente certificador. II. CONTENIDO 1. Alcance del estandard UL497B. Los requisitos del estándar UL 497B cubren a los protectores para las comunicaciones de datos y los circuitos de alarmas contra incendios. Los protectores de circuitos de comunicaciones de datos y los protectores de circuito de alarma de incendio consisten en descargadores de espacio de aire de par único y múltiple, descargadores de tubo de gas (GDT) o descargadores de estado sólido, con o sin fusibles u otros dispositivos de limitación de voltaje. Los protectores de circuitos de comunicaciones de datos y los protectores contra incendios están diseñados para proteger los equipos, el cableado y el personal contra los efectos de voltajes excesivos y corrientes causadas por los rayos en los circuitos de comunicación iniciadores de alarmas.
- 67. 66 Esta norma nocubre lo siguiente: a) Dispositivos de protección contra rayos para la protección de sistemas y equipos de cableado de distribución primaria, como la protección del circuito derivado de corriente alterna. b) Unidades de descarga de antena para aparatos receptores de radio y televisión. c) Pararrayos y terminales de aire para la conexión de pararrayos en la protección de edificios. d) Dispositivos de protección para ser utilizados en líneas telefónicas o líneas telefónicas que se conectan a las redes de telecomunicaciones. Un producto que contiene características, componentes, materiales o sistemas nuevos o diferentes de los que se usan cuando se desarrolló el estándar y que implica un riesgo de incendio, descarga eléctrica o lesiones a las personas se debe evaluar utilizando el componente adicional apropiado y los requisitos del producto final según se determine necesario para mantener el nivel de seguridad para el usuario del producto según lo previsto originalmente por la intención de esta Norma. (www.google.com, 2018) 2. OBJETIVOS. Implementar un sistema de descargas para GDT conforme al estándar UL497B sección 22 para el laboratorio de pruebas de la empresa Bourns Costa Rica, en su planta ubicada en Heredia. Se entiende la sección 22 como la aplicación de descargas repetitivas (500 operaciones 250 en una polaridad y 250 en el sentido inverso) obedeciendo a un diseño general propuesto por el ente certificador al igual como el que se muestra en la figura 1. Fig. 1. Diagrama unifilar para las pruebas de descargas repetitivas (del inglés “Repeated Discharge Test”). (Underwriters Laboratory Inc. (UL), 2004) Dentro del planteamiento del objetivo del proyecto se desplegaron una serie de objetivos específicos que apoyan al objetivo principal, llevando al proyecto a un exitoso término mencionados a continuación: a. Analizar los requerimientos del prototipo descritos en la sección 22 de UL497B con el propósito de lograr un diseño del sistema que sea funcional para la aplicación de las descargas requeridas. b. Realizar la justificación económica del proyecto para la obtención de fondos para la compra de componentes necesarios. c. Investigar sobre las diferentes opciones de componentes a utilizar para la construcción del equipo, seleccionando los que optimicen el diseño, faciliten la construcción y su mantenimiento. d. Realizar pruebas de funcionalidad obteniendo los datos sobre los valores de descarga aplicados, con el propósito de verificar el buen funcionamiento del equipo conforme lo indica UL 497B sección 22. 3. DESARROLLO. En la figura 2 se encuentra un detalle de la lista de partes a utilizar en la construcción del sistema de descargas. Los componentes a utilizar se escogieron basándose en el mejor criterio técnico de la aplicación, además de tomar en consideración que algunas de las partes forman parte del inventario que mantiene la empresa así como la limitación en la utilización del PLC como parte del requerimiento de la prueba. Fig. 2. Lista de partes/componentes del sistema. Costo/Beneficio y Período de recuperación. Durante el planteamiento del problema se indicó que cada vez que se falla una de las pruebas el costo aproximado de volver a realizarla ronda los 2,500 USD. Dicho monto, al ser mayor que el costo del proyecto, evidentemente el período de recuperación de la inversión (PRI = Costo de inversión / Flujo de efectivo anual) es menor a 1 año y considerando una
- 68. 67 incidencia de falloanual de la prueba ante el ente certificador tenemos un cálculo PRI de la siguiente manera: Costo de la inversión = 2425 USD Flujos de efectivo anual (ahorros en este caso) = 5000 USD. PRI = 2425 / 5000 = 0.485 años; lo que equivale a 5.8 meses. Siendo el resultado de la razón anterior un número muy aceptable para poder fácilmente justificar el llevar a cabo la realización del proyecto. Además, cabe mencionar que descontando el valor aproximado de los componentes utilizados que se suministraron de procesos de recuperación o reciclaje, el proyecto se recupera aún en un menor tiempo. Principales características y funciones de los componentes utilizados en la construcción del equipo. PLC (Programador Lógico Controlable) Direct Logic 05. Un PLC tiene al menos cuatro componentes básicos: un controlador o CPU (unidad central de procesamiento). Una fuente de poder para alimentar a los equipos, módulos o tarjetas de entradas para suministrar información al controlador y módulos o tarjeta de salida a través de los cuales se transmite la información para realizar las acciones de control. Cuando estos componentes se encuentran empotrados en un solo elemento se dice que el PLC es fijo, en otros casos estos componentes se integran en un chasis que puede ser físico o virtual, estos últimos se dicen que son modulares. El objetivo de un PLC es mantener un proceso en un estado deseado, para ello debe conocer el estado actual del proceso, esto se hace con sensores conectados a las entradas del PLC, también debe conocer el estado deseado, frecuentemente lo suministra el operador al controlador por medio de una interfaz de operación. Si el estado actual es diferente al estado deseado, el PLC calcula una acción de control que lleva a cabo por medio de actuadores conectados a los módulos de salida. Para programar un PLC se usa un lenguaje. La norma IEC61131 especifica 4 lenguajes que son: escalera, diagrama de bloques, texto estructurado y lista de instrucciones. Además, contempla las cartas de función secuencial, la cual es una estructura de programación similar al grafcet que permite organizar los programas, donde cada acción se diseña con alguno de los 4 lenguajes mencionados antes. (Miguel, 2015) El PLC debe ejecutar confiablemente las operaciones lógicas y los requerimientos de comunicación que el automatismo está demandando. El Direct Logic 05 de la figura 3 ofrece dicha confiabilidad, durabilidad y el software con los atributos necesarios para llevarlo a cabo para esta y muchos otros proyectos de automatización industrial. Para el departamento de R&D (de las siglas en inglés “Research & Development) está probado que dicho PLC se encuentra muy por encima de la aplicación para la cual este siendo requerido en este proyecto. No obstante, este es el modelo más pequeño que se puede utilizar ya que no existe algún otro de la misma marca con una capacidad inferior (primordialmente entradas y salidas, I/O). Es por ello, que es una limitante el utilizarlo, se sabe que la capacidad de ir desarrollando nuevos comandos para ejecutar más y mejores instrucciones es de suma importancia para el negocio. Fig 3. Direct Logic 05. Fuente:http://www.wolfautomation.co.uk/wpcontent/ uploads/2016/09/direct-logic.jpg Cable para alto voltaje. En el mercado existe una variedad de cables. De hecho, se podría asegurar que para cada aplicación en la industria existe un cable que llene las expectativas del diseño de la aplicación del circuito que se utilice al momento de llevarlo a cabo. Al trabajar con alto voltaje, se persigue una característica de aislamiento tal que satisfaga la necesidad del diseño. El cable utilizado en este caso está provisto con un aislamiento (forro) de silicón el cual es ideal para aplicaciones donde el alto voltaje se encuentra presente. En la construcción del equipo, la prueba específica un voltaje máximo de 12kV y el cable está diseñado para soportar hasta 25kV (prácticamente el doble de lo necesario). Resistencias de 5M Ω 50Watts y 10 Ω 10Watts. Los resistores fijos se encuentran disponibles en una amplia selección de valores de resistencia, los cuales son dados durante el proceso de manufactura y no pueden ser cambiados con facilidad. Los resistores fijos son construidos usando varios métodos y materiales. Un resistor fijo común es el tipo de composición de carbón, el cual es hecho de una mezcla de polvo fino de carbón, aislante y una resina que los une. La relación entre el carbón y el aislante determina el valor resistivo. La mezcla se forma en rodillos la cual se corta en largos pequeños y conexiones de plomo son realizadas. El resistor completo es encapsulado con un aislante como protección. Las resistencias embobinadas son construidas con alambre resistivo arrollado en un rodillo cerámico y luego selladas. Normalmente, las resistencias embobinadas son utilizadas debido al relativo alto rango de potencia que poseen. Debido a que son construidas de un embobinado de alambre, dichas resistencias presentan una inductancia significativa por lo que no son utilizadas a frecuencias altas. En la figura 4 se
- 69. 68 muestran configuraciones típicasde resistencias embobinadas. (Floyd, 2007) El diagrama unifilar del equipo en construcción, muestra requerimientos muy específicos en cuanto a los elementos resistivos que deben utilizarse. Una resistencia de alto valor resistivo y alta potencia y otra de muy bajo valor resistivo pero de una potencia considerable dada las características del voltaje que deben manejar. Las resistencias utilizadas cuentan con funciones específicas; la de alta resistividad (5MΩ) se utiliza como parte del sistema de carga del capacitor, cuenta con una potencia de 50Watts, temperatura de operación de -65°C/+180°C y la de baja resistividad (10Ω) cumple una función de completar el circuito RC (Resistor-Capacitor) de descarga. Fig. 4. Resistencias de 5M Ω 50Watts y 10 Ω 10Watts. Fuente: https://www.ebay.com/itm/68R-5-10W- RCH10SVishay-Sfernice- y Creación personal. Capacitor 1000pF 15kV. Al igual que las resistencias, el diagrama unifilar (Fig. 1) indicada en el estándar UL 497B es totalmente específico con el requerimiento en su valor del componente capacitivo, el cual se tiene que respetar y apegarse a dicho valor. En este caso, la única consideración a tomar es que el capacitor a utilizar soporta hasta los 15kV, siendo el voltaje máximo del circuito 10kV. Al igual que el cable, estos componentes son seleccionados con dichas características por aspectos de durabilidad, seguridad y un costo considerado de muy poco aporte al total de la solución. En la siguiente figura 5 se observa el elemento utilizado. Fuente: Creación personal. Pantalla Táctil. Definitivamente, algo que se puede considerar un “lujo” en el proyecto aparte del PLC es la utilización de esta pantalla táctil muy sencilla y de gran valor agregado (figura 6). Esta pantalla aporta flexibilidad ya que lo deja abierto para poder llevar a cabo distintas configuraciones en cantidad y tiempos de espera entre las descargas. Adicionalmente a esto, existe otra ventaja muy importante y esta es que tanto el PLC como la pantalla táctil son del mismo fabricante (Automation Direct) lo que brinda una compatibilidad de interconexión, a la vez que favorece y facilita la comunicación entre ambos dispositivos; además, esta pantalla brinda los siguientes beneficios para la aplicación en la cual será utilizada: • Amigable con el usuario. • Fácil de programar. • El software para realizar la programación es gratuito. Este dispositivo es ampliamente utilizado por los equipos con que cuenta la compañía, por lo que se tiene conocimiento de cómo utilizarlo eficientemente. Fuente: Creación personal. Botón paro de emergencia. Evidentemente, una de las características con la que el 100% de los equipos deben contar es lo que a seguridad se refiere. El proyecto cuenta con un botón de paro de emergencia (figura 7) el cual cumple la función de abrir el circuito de alimentación principal al momento que sea accionado bajo cualquier circunstancia. Adicionalmente, el accesorio donde se aplica la descarga cuenta con un microswitch de seguridad que abre el circuito cuando la cubierta del mismo está abierta, impidiendo que el alto voltaje llegue hasta el circuito de carga. Tanto el botón de paro de emergencia como el accesorio de colocación del componente a ser descargado provienen de equipos que han sido sacados de operación por parte de las líneas de producción y de los cuales se recuperan alguna de sus partes para ser reutilizadas abaratando costos de construcción de nuevos proyectos. Fig. 5. Capacitor 1000pF 15kV Fig. 6: Pantalla Táctil.
- 70. 69 Fig. 7: Botónparo de emergencia. Fuente: Creación personal. Fuente 24Vdc La fuente de alimentación de 24Vdc es la encargada de llevar a cabo el suministro de voltaje a equipos tales como las salidas del PLC, Pantalla táctil y fuente de Alto Voltaje. Este dispositivo es realmente simple, pero cumple una de las funciones más importantes dentro del engranaje de sistema, esto debido a que es el que suministra de energía para que los diferentes componentes realicen adecuadamente su función ya sea potencia o control. Fuente: Creación personal. Contactor. El uso de este componente obedece a dos situaciones fundamentales. La primera, es contar con la capacidad necesaria para trabajar en la aplicación del circuito, cumpliendo la función de cerrar el circuito de carga del capacitor y la segunda es un componente reutilizado (proviene de desarmar un equipo obsoleto de pruebas de la planta de proceso el cual fue sacado de línea). Los contactores electromecánicos como el que se muestra en la figura 9, son muy duraderos, no obstante tienen la desventaja que el uso va dejando en sus contactos diminutos residuos que con el paso del tiempo van formando capas de carbón las cuales propician los falsos contactos o arcos eléctricos indeseables y que a la postre no permiten el correcto funcionamiento del equipo. Independientemente de lo indicado, son muy confiables en cuando a rendimiento y durabilidad. Fuente: Creación personal. Fuente de Alto Voltaje. Debido a las características del diseño, se investigó sobre distintas opciones disponibles en el mercado para fuentes que tuviesen la capacidad de entregar un rango de 0 a 12kVdc, siendo la fuente indicada en la figura 10, la que cumple con las especificaciones necesarias y que además su costo no fuese muy elevado con el fin de no encarecer la propuesta del equipo. Para el proyecto se encontró una fuente de alimentación en DC la cual tiene una capacidad de entregar hasta 15kV, por lo que no habrá limitación por cumplir con el requerimiento establecido en el diagrama unifilar del estándar. Fig. 10: Fuente de Alto Voltaje. Fuente: Creación personal. Relé de Mercurio El relé de mercurio mostrado en la figura 11, tiene como su función primordial el habilitar el disparo de la descarga. Este tiene la ventaja de que al utilizar mercurio, se evitan los arcos en los contactos que se producen al activarse el dispositivo, con esto se alarga la vida del componente y se garantiza confiabilidad en su operación. Fig. 8: Fuente 24Vdc Fig. 9: Contactor
- 71. 70 Fuente: Creación personal. Distribuciónfísica de componentes y ensamble. Una vez disponibles los componentes, se procede al ensamble del equipo para la aplicación de descargas. Como primer paso se realiza una distribución física de los elementos de potencia dentro del gabinete el cual será utilizado. Normalmente, los elementos de potencia son los de mayor tamaño y por ello son los que se colocan de primero. Como se muestra en la siguiente figura 12, la fuente de alto voltaje, la fuente de alimentación de 24V, las resistencias, contactor y relé se encuentran ubicados y alambrados con su respectivo cable para alto voltaje. Además, otros componentes menores se observan dentro del ensamble los cuales servirán como elementos para interconectar los distintos componentes con los elementos de control del dispositivo. Fig. 12: Ensamble de componentes de potencia. Fuente: Creación personal. Como segundo paso (figura 13) se procede a realizar el cableado de control, en esta etapa es fundamental la incorporación del PLC como elemento principal el cual será el orquestador de las secuencias que deben ejecutarse. Fig. 13: Ensamble de elementos de control. Fuente: Creación personal. Se procede como parte de esta etapa incorporar la pantalla táctil, la cual vendrá a ser la interface entre el dispositivo y el usuario de la aplicación (figura 14). Es aquí donde quedan establecidos los parámetros que se van a accionar para que el equipo realice la función para la que está construido. El usuario por ningún motivo debe de tener acceso a la parte interna del gabinete, únicamente cuando sea para dar mantenimiento o reemplazar algún dispositivo dañado. Se debe recordar que la pantalla táctil tiene la característica de darle la libertad al usuario de elegir la cantidad de descargas a ejecutar y además de poder seleccionar el intervalo de tiempo entre cada descarga a realizar. Fig. 14: Incorporación de pantalla táctil. Fuente: Creación personal. Como último paso (figura 15) se procede con la colocación del dispositivo utilizado como base para sostener el GDT. Este dispositivo tiene incorporado un microswitch el cual tiene la característica de abrir el circuito de descarga en caso de que la cubierta no se encuentre cerrada, con esto se protege al usuario de recibir una descarga que comprometa su integridad física. Fig. 15: Finalización del equipo de descargas. Fuente: Creación personal. Tamaño de muestra. El tamaño de la muestra a utilizar para recolección de datos y realización de la prueba se encuentra establecida en el estándar UL 497B donde se indica que la cantidad de muestras es de 6 unidades, las mismas deben someterse a la prueba indicada. Para efectos didácticos y de procesamiento de datos, se ha tomado la decisión de incrementar la muestra a 10 unidades, Fig. 11: Relé de Mercurio.
- 72. 71 contando con unmayor número de puntos para realizar las gráficas. Estas muestras deben medirse inicialmente en su valor de ruptura del GDT y luego volver a ser medidas una vez finalizada la prueba. Lo anterior con el propósito de corroborar el cambio en su valor de voltaje de ruptura posterior a la aplicación de las descargas (en caso de existir). Recolección y procesamiento de datos (análisis estadístico). Las muestras deben primero ser medidas en su valor de voltaje inicial de ruptura. El siguiente paso, consiste en someter las piezas a la prueba descrita a lo largo del presente proyecto, utilizando el equipo construido para tal fin y finalmente realizar las mediciones del caso, las cuales deberán cumplir con un +/-10% de su valor nominal indicado por el fabricante. Al momento de realizar mediciones del producto la variable que atañe directamente el desempeño del producto es el voltaje de ruptura. En la figura 16 se indica la tabla con los datos iniciales provenientes de la estación de pruebas donde se miden la resistencia de aislamiento (IR Isolation Resistance, Voltaje de ruptura DCBD y por último dos mediciones de Impulso las cuales se realizan para determinar la velocidad de reacción que tiene el GDT para poder entrar en modo de conducción ante distintas rampas de voltaje). Con la información obtenida, una vez aplicadas las descargas a las 10 piezas, se procede a medir el “después” (figura 17) y finalmente realizar un análisis comparativo utilizando gráficas o cualquier otro medio comparativo. Fig. 17: Lecturas finales DESPUES de aplicar descargas. Fuente: (Estrada Fernando, 2018) Tomando en consideración los valores de voltaje de ruptura deben de permanecer en el rango del +/- 10% del valor nominal establecido por el fabricante; se puede concluir que la funcionalidad en este caso de la muestra indicada se encuentra dentro de lo establecido y que el equipo es capaz de realizar la aplicación de las descargas a los componentes conforme lo establece el estándar. En la siguiente figura 18, se muestra las gráficas correspondientes al antes y después de que se realizara la prueba. Los resultados evidencian que las piezas se encuentran con lo establecido y que la verificación de la aplicación correcta de las descargas por parte del equipo se realizó conforme lo establecido. Fuente: (Estrada Fernando, 2018) Fuente: Imagen propia
- 73. 72 Se logró unaimplementación exitosa del equipo conforme se indica en el estándar UL 497B sección 22 indicado en el diagrama unifilar propuesto (Fig. 1) para la realización de la prueba. La selección de los componentes utilizados permite que el equipo sea capaz de realizar las descargas, a pesar de que algunos componentes sobrepasan la capacidad requerida por el diseño (pensando en una mayor capacidad del equipo y/o por la utilización de componentes reutilizados). El período de recuperación de la inversión es de 6 meses, período que se encuentra dentro de lo establecido por la empresa, el cual es menos de un 1 año; garantizando la justificación y aceptación financiera para la realización del proyecto. El equipo cuenta con los estándares de seguridad, construcción y diseño requeridos por la compañía para ser utilizado una vez sean aprobados los documentos que lo respaldan. La empresa cuenta ahora con un respaldo técnico para poder debatir ante el ente certificador, en caso de que UL reporte un fallo en los resultados obtenidos por parte de su laboratorio. RECOMENDACIONES El equipo puede ser optimizado en función de sus costos; algunos de sus componentes que contribuyen mayormente a la inversión total pueden ser reemplazados por otros con características similares y de menor costo. El proyecto tiene un potencial en cuanto a revisión más detallada en esta
- 74. 73 área, mejorando elperíodo de recuperación. El diseño, puede ser capaz de realizar las pruebas de la sección 21 del mismo estándar UL 497B; adicionando al diseño el poder seleccionar entre dos capacitores para realizar las descargas. Por lo que este proyecto queda abierto para que esta implementación se realice fuera del alcance del mismo y sea implementado para finales del presente año. Para habilitar el uso del equipo de forma oficial en el laboratorio, se requiere que el manual de operación, etiqueta de calibración y la hoja de seguridad sean revisados y aprobados por algunas de las gerencias de Bourns Costa Rica. Esto lleva un periodo cercano a 1.5 meses más allá de la conclusión del seminario. En vista que el presentador del proyecto es la persona encargada de la implementación del equipo en el laboratorio (Coordinador de desarrollo de nuevos productos y laboratorio de pruebas), como parte de su función, debe asegurarse que los documentos indicados sean aprobados. IV. RERENCIAS Estrada Fernando, M. L. (2018). Lecturas Multitester. Belen, Heredia. Floyd, T. L. (2007). Electronics Fundamentals. (7th ed.). Quebec: Pearson Prentice Hall. Inc., Bourns. Tim Ardley B.Sc (Hons), Sr. Telecom Circuit Protection Field Applications Engineer. (2008). www.bourns.com. Retrieved from www.bourns.com: www.bourns.com Miguel. (2015). Retrieved from Control Real Español: http://controlreal.com/es/controlador- logicoprogramable-plc/ Underwriters Laboratory Inc. (UL). (2004). UL 497B Protectors for Data Communications and Fire-Alarm Circuits. Northbrook, IL 60062-2096: Underwriters Laboratory Inc. (UL), June 14, 2004. Fourth Edition. www.google.com. (2018). https://translate.google.com/?hl=es. Retrieved from www.google.com: https://translate.google.com/?hl=es