Incubadora para Huevos: Proyecto Final de Mecatrónica

SECRETARÍA DE EDUCACIÓN PÚBLICA
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
TECNM CAMPUS ATLIXCO
INGENIERÍA MECATRÓNICA
ELECTRÓNICA DE POTENCIA APLICADA
PROYECTO FINAL:
“INCUBADORA PARA HUEVOS DE GALLINA”
NOMBRES DE LOS/LAS ALUMNOS(AS):
CASTILLO VÁZQUEZ MOISÉS
CORTEZ COYOTL HAYDEE MICHELLE
HURTADO RAMÍREZ ALEXIS
ORTIZ ARELLANO JUSTIN ALEJANDRO
ORTIZ DAMIAN JUAN EMMANUEL
ATLIXCO, PUEBLA
28 DE MAYO DEL 2022
PROYECTO FINAL:
“INCUBADORA PARA HUEVOS DE GALLINA”
SECRETARÍA DE EDUCACIÓN PÚBLICA
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
TECNM CAMPUS ATLIXCO
INGENIERÍA MECATRÓNICA
ELECTRÓNICA DE POTENCIA APLICADA
PROYECTO FINAL:
“INCUBADORA PARA HUEVOS DE GALLINA”
NOMBRES DE LOS/LAS ALUMNOS(AS):
CASTILLO VÁZQUEZ MOISÉS
CORTEZ COYOTL HAYDEE MICHELLE
HURTADO RAMÍREZ ALEXIS
ORTIZ ARELLANO JUSTIN ALEJANDRO
ORTIZ DAMIAN JUAN EMMANUEL
NOMBRE DEL DOCENTE
L.I.M. JOVANNI AMARO BALANZAR
28 DE MAYO DE 2022
ATLIXCO, PUEBLA
INGENIERÍA MECATRÓNICA
1
PROYECTO FINAL:
“INCUBADORA PARA HUEVOS DE GALLINA”
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES .............................................................................................................................................. 3
OBJETIVOS .............................................................................................................................................................................. 5
OBJETIVO GENERAL .......................................................................................................................................................... 6
OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................................................................................. 6
JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................................................................................... 7
CAPÍTULO 1. MARCO TEÓRICO ........................................................................................................................................ 8
1.1. MOTORES MONOFASICOS ............................................................................................................................................ 9
1.1.2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO ...................................................................................................................... 10
1.1.3. MOTORES MONOFÁSICOS DE FASE PARTIDA .................................................................................................. 11
1.1.4. MOTOR DE INDUCCIÓN DE ARRANQUE POR RELUCTANCIA ....................................................................... 14
1.1.5. MOTORES MONOFÁSICOS CON COLECTOR...................................................................................................... 14
1.1.6. MOTOR DE REPULSIÓN .......................................................................................................................................... 14
1.1.7. MOTOR SERIE DE CORRIENTE ALTERNA .......................................................................................................... 14
1.1.8. MOTOR UNIVERSAL ............................................................................................................................................... 16
1.2. CONVERTIDORES DE FRECUENCIA CFW08 ......................................................................................................... 17
1.2.1. INSTALACION .......................................................................................................................................................... 18
1.2.1.1. KIT DE COMUNICACIÓN ..................................................................................................................................... 18
1.2.1.2. CONEXIÓN CON LA RED ..................................................................................................................................... 18
1.2.1.3. ARCHIVO DE CONFIGURACIÓN ........................................................................................................................ 19
1.2.2. CARACTERÍSTICAS DEL CFW-08 ......................................................................................................................... 20
1.2.2.1. TIPOS DE MENSAJES SOPORTADAS ................................................................................................................. 20
1.2.2.2. INDICACIÓN DE ESTADOS DE ERRORES ......................................................................................................... 20
1.3. RELEVADORES .............................................................................................................................................................. 22
1.3.1. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES ...................................................................................................................... 22
1.3.2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO ...................................................................................................................... 23
1.3.3. MÓDULO DE RELÉ .................................................................................................................................................. 26
1.4. CONTACTOR .................................................................................................................................................................. 27
1.4.1. SÍMBOLO ................................................................................................................................................................... 28
1.4.2. ELECCIÓN DEL CONTACTOR................................................................................................................................ 28
1.4.3. CONTACTORES AUXILIARES ............................................................................................................................... 29
1.4.4 MARCADO DE BORNES ........................................................................................................................................... 29
1.5. PROGRAMACIÓN POR MICROCONTROLADOR PIC .......................................................................................... 30
1.5.1. LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN C ...................................................................................................................... 30
1.5.2. TIPOS DE VARIABLES EN C ................................................................................................................................... 31
1.5.3. PROGRAMACIÓN POR MICROCONTROLADOR PIC ......................................................................................... 32
1.5.3.1 ¿QUÉ SON LOS MICROCONTROLADORES?...................................................................................................... 32
1.5.4. TIPOS DE MICROCONTROLADORES PIC ............................................................................................................ 32
1.5.4.1. PIC DE 8 BITS ......................................................................................................................................................... 32
1.5.4.2. PIC DE 16 BITS ....................................................................................................................................................... 33
1.5.5. MICROCONTROLADOR PIC18F4550..................................................................................................................... 34
1.5.5.1. CARACTERÍSTICAS DEL PIC18F4550 ................................................................................................................ 34
CAPÍTULO 2. METODOLOGÍA .......................................................................................................................................... 35
2.1. COMPETENCIA ALCANZADA: ................................................................................................................................. 36
2.2. MATERIAL Y EQUIPO: ............................................................................................................................................... 36
2.3. SIMULACIONES .......................................................................................................................................................... 37
CAPÍTULO 3. RESULTADOS .............................................................................................................................................. 40
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PROYECTO FINAL:
“INCUBADORA PARA HUEVOS DE GALLINA”
3.1. SIMULACIÓN DE RESULTADOS EN PROTEUS...................................................................................................... 41
3.2. ETAPA DE CONTROL. ................................................................................................................................................ 42
3.2.1. PROGRAMA CARGADO EN LA MIUVA: .............................................................................................................. 47
3.3. ETAPA DE POTENCIA: ............................................................................................................................................... 50
3.4. ENTREGA DEL PROYECTO ANTE LOS PROFESORES. ......................................................................................... 51
CONCLUSIONES ................................................................................................................................................................... 56
BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................................................................... 57
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PROYECTO FINAL:
“INCUBADORA PARA HUEVOS DE GALLINA”
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Figura 1. Rotor de Características Similares al Estator rodeado de Barras Conductoras……...................9
Figura 2. El Efecto sumado de ambos campos rotante no deja par de arranque sobre el rotor ………...10
Figura 3. Construcción de un Motor Monofásico a partir de dos motores trifásicos…………………....11
Figura 4. Motor monofásico de fase partida por resistencia…………………………………………….12
Figura 5. Motor con capacitor de arranque……………………………………………………………...12
Figura 6. Motor monofásico con capacitor de marcha………………………………………………….13
Figura 7. Motor monofásico con condensador de partida y de marcha…………………………………14
Figura 8. Rotor devanado de un motor de repulsión…………………………………………………….15
Figura 9. Motor serie de corriente alterna……………………………………………………………….16
Figura 10. Motor universal……………………………………………………………………………...17
Figura 11. Kit KFB-DN-CFW-08 instalado en el convertidor………………………………………….18
Figura 12. Módulo de comunicación DeviceNet………………………………………………………..19
Figura 13. Detalle de Módulo de Comunicación………………………………………………………..21
Figura 14. Principio de Funcionamiento del Relevador Electromecánico……………………………...23
Figura 15. Diagrama interno de los módulos de relé……………………………………………………24
Figura 16. Estado activado del relé……………..……………………………………………………….25
Figura 17. Estado desactivado del relé………………………………………………………………….25
Figura 18. Estructura del módulo de relevadores……………………………………………………….26
Figura 19. Contactor…………………………………………………………………………………….27
Figura 20. Símbolo del Contactor en los diagramas de Fuerza…………………………………………28
Figura 21. Contactos auxiliares del contactor…………………………………………………………...29
Figura 22. Tipos de variables en C……………………………………………………………………...31
Figura 23. Arquitectura común del microcontrolador PIC……………………………………………...32
Figura 24. Tipos de Gamas de Microcontroladores de 8 bits…………………………………………...33
Figura 25. Tipos de Microcontroladores de 16 bits……………………………………………………..33
Figura 26. Estructura del PIC18F4550………………………………………………………………….34
Figura 27: Circuito Dimmer para el control de la intensidad de Luz dentro de la incubadora
(Etapa de Potencia)…………………………………………………………………………..37
Figura 28. Arreglo de los opto-acopladores MOC3031 con las resistencias para las diferentes
configuraciones del Dimmer (Etapa de Potencia)………………………………………………………..38
Figura 29. Conexiones del Microcontrolador PIC18F4550 con la pantalla LCD y el sensor
DHT11 al igual que las conexiones hacia los MOC3031 (Etapa de Control)……………….38
Figura 30. Reductor de Voltaje de 24V a 5V para la alimentación del PIC18F4550
(Adecuación de señales)……………………………………………………………………...39
Figura 31. Resultados en la simulación de la Etapa de Control………………………………………….42
Figura 32. Resultados en la Simulación de la etapa de Potencia………………………………………...42
Figura 33. Resultados en la simulación de la adecuación de señal para el microcontrolador…………...42
Figura 34: Configuración de la fuente de voltaje………………………………………………………...43
Figura 35: Valor obtenido en la frecuencia para lograr la reducción efectiva…………………………...43
Figura 36: Valor obtenido en la amplitud pico-pico para la señal PWM………………………………..44
Figura 37: Valor obtenido en el ciclo de trabajo para la señal PWM……………………………………44
Figura 38: Circuito Regulador Reductor de 24V a 5V…………………………………………………..45
Figura 39: Etapa de Control alimentada por el regulador reductor……………………………………....45
Figura 40. Posición de los sensores para la detección de temperatura de la pecera
y posición del huevo………………………………………………………………………….46
Figura 41: Programa cargado en el PIC18F4550 donde se encuentran las condiciones…………………49
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3
PROYECTO FINAL:
“INCUBADORA PARA HUEVOS DE GALLINA”
para unir la etapa de control con la etapa de potencia.
Figura 42: Circuito constituido por los MOC3031 y el arreglo de resistencias
que regula la intensidad de luz………………………………………………………………...50
Figura 43. Circuito Dimmer que regula la intensidad de la luz…………………………………………...51
Figura 44. Focos encendidos al 100% de su intensidad y una temperatura 30°C………………………...51
Figura 45. Ejemplo de datos presentados en la LCD por parte del sensor DHT11……………………….52
Figura 46. Medición de voltaje al reducir la intensidad de luz gracias al cambio
de temperatura en la segunda configuración…………………………………………………..53
Figura 47. Última configuración donde se presenta una mínima iluminación y un voltaje
14.1 V en los focos………………………………………………………………………….....54
Figura 48. Ejemplo del funcionamiento del Sensor IR dentro de la incubadora………………………….55
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AVANCE DE PROYECTO FINAL:
AVANCE DE PROYECTO TEMA 3
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Bornes del conector XC14.…………………………………………………………………….20
Tabla 2. Estados del Variador de Oscuridad…………………………………………………………….22
Tabla 3. Algunos tipos de lenguajes de programación utilizados en Microcontroladores………………30
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AVANCE DE PROYECTO FINAL:
AVANCE DE PROYECTO TEMA 3
INTRODUCCIÓN
Dentro de esta materia hemos recorrido mucho el camino de los componentes de la Electrónica
Industrial y el manejo tan cuidadoso que se tiene que tener para su manejo dentro de las instalaciones de
una empresa, la importancia que tienen este tipo de procesos para la profesión y experiencia que debe
tener un Ingeniero en Mecatrónica. Mientras tengas estos conocimientos puedes ser contratado en
cualquier línea de producción donde sea necesario el control de un motor, que este puede ser desde
controlar su velocidad, su posición y el cambio de giro que sea necesario para poder manejar varias
líneas en diferentes direcciones.
Ahora en este proyecto, se presenta la alternativa de control con un motor monofásico para poder ahorrar
energía, eliminar esfuerzos humanos para el manejo de un motor bastante común dentro de instalaciones
domésticas y algunas dentro de la industria, de manera donde sea imprescindible ocupar este tipo de
dispositivos, sin embargo, con el uso de un variador de frecuencia, un dispositivo que tiene varias
aplicaciones debido a su amplia gama de configuraciones internas, donde su único inconveniente es el
tener un manual a la mano para saber qué cantidades modificar y que números se deben colocar para
poder realizar una configuración correcta.
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AVANCE DE PROYECTO FINAL:
AVANCE DE PROYECTO TEMA 3
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
 Realizar la manipulación de velocidad de un motor monofásico con la ayuda de un
variador de frecuencia y su control del sentido de giro
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
I.
Ajustar y programar el convertidor de frecuencia a los parámetros necesarios para el motor
monofásico.
II.
Realizar el circuito de control de giro con botones en modo arranque y paro con enclavamiento.
III.
Realizar la programación del microcontrolador para el control de los relevadores como parte de
la etapa de potencia.
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AVANCE DE PROYECTO FINAL:
AVANCE DE PROYECTO TEMA 3
JUSTIFICACIÓN
Los motores monofásicos son propios del ámbito doméstico o de instalaciones en comercios que no
cuentan acceso a corriente trifásica y de estos algunos electrodomésticos como lavadoras y frigoríficos
son accionadas por estos motores de inducción. Por eso el motivo de este proyecto tiene el fin de poder
entender y comprobar las variaciones y tipos de conexiones posibles que tiene un motor monofásico a
comparación de un motor trifásico que fue realizado anteriormente en otras sesiones de clases. Además,
sirve de base de estudio sobre las conexiones y alteraciones que podemos realizar con sus componentes
auxiliares (botones, contactores, etc) para realizar un sistema de control y protección del mismo motor.
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AVANCE DE PROYECTO FINAL:
AVANCE DE PROYECTO TEMA 3
CAPÍTULO 1. MARCO
TEÓRICO
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PROYECTO FINAL:
“INCUBADORA PARA HUEVOS DE GALLINA”
1.1. MOTORES MONOFASICOS
La mayoría de los motores monofásicos son “motores pequeños” de “caballaje fraccionario” (menos de
1 hp). Sin embargo, algunos se fabrican en tamaños normales de caballaje integral: 1.5, 2, 3, 5, 7.5 y 10
hp tanto para 115 V como para 230 V en servicio monofásico y aun para servicio de 440 V entre los
límites de 7.5 a 10 hp. Los tamaños especiales de caballaje integral van desde varios cientos hasta
algunos miles de hp en servicio de locomotoras, con motores de serie monofásicos de ca.
1.1.1. MOTORES MONOFASICOS DE INDUCCIÓN
Fundamentalmente los motores monofásicos de inducción cuentan con un estator construido de material
ferromagnético (por ejemplo, chapas de hierro al silicio) sobre el que se colocan las bobinas principales,
tantas como polos tenga el motor.
Figura 1. Rotor de características similares al estator, rodeado de barras conductoras cortocircuitadas en
los extremos por anillos formando una “jaula de ardilla” típica de los motores de inducción.
Estas sencillas máquinas conservan la propiedad fundamental de no poseer contactos eléctricos rozantes
lo que les confiere una durabilidad muy alta y muy bajo mantenimiento.
Los motores de inducción monofásicos llevan un estator en cuyo paquete de chapas van alojados dos
bobinados de cobre. El bobinado principal, que suele denominarse arrollamiento principal, va colocado
en 2/3 de las ranuras del estator y sus conexiones llevan las designaciones Ul, U2. El arrollamiento
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PROYECTO FINAL:
“INCUBADORA PARA HUEVOS DE GALLINA”
auxiliar (bobinado auxiliar) Zl, Z2 va alojado en el tercio restante de ranuras, desfasado en el espacio
90º.
En cuanto a la construcción del motor monofásico de inducción, hay que señalar que el rotor de
cualquier motor monofásico de inducción es intercambiable con algunos polifásicos de jaula de ardilla.
No hay conexión física entre el rotor y el estator, y hay un entrehierro uniforme entre ellos.
1.1.2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Los motores monofásicos de inducción experimentan una grave desventaja. Puesto que sólo hay una fase
en el devanado del estator, el campo magnético en un motor monofásico de inducción no rota. En su
lugar, primero pulsa con gran intensidad, luego con menos intensidad, pero permanece siempre en la
misma dirección. Puesto que no hay campo magnético rotacional en el estator, un motor monofásico de
inducción no tiene par de arranque.
Si pensamos en un motor de un solo par de polos, podemos ver fácilmente que el campo generado por el
devanado principal al conectarse a una fuente de tensión alterna, tiene una dirección fija y un signo
cambiante en forma sinusoidal. Los motores de inducción requieren un campo magnético rotante para
inducir las corrientes adecuadas en el rotor y producir un par mecánico.
Si el campo magnético es fijo en el espacio y alterno en el tiempo y el rotor se halla detenido (por
ejemplo al intentar arrancarlo) el circuito electromagnético resultante se asemeja mucho al de un
transformador en cortocircuito, donde el rotor haría las veces de secundario. Para comprender el
funcionamiento de éstas máquinas debemos imaginar que el campo magnético alterno es en realidad la
composición de dos campos de módulos constantes pero rotantes en sentidos opuestos.
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PROYECTO FINAL:
“INCUBADORA PARA HUEVOS DE GALLINA”
Figura 2. El efecto sumado de ambos campos rotantes no deja par de arranque sobre el rotor.
Figura 3. Construción de un motor monofasico a partir de dos motores trifasicos.
Si por algún medio, en cambio, se impulsara el rotor en un sentido cualquiera se inducirá
instantáneamente un par en el eje que aceleraría la máquina hasta alguna velocidad de equilibrio con el
par resistente (en vacío, las pérdidas mecánicas propias). Entonces el motor monofásico puede pensarse
como dos motores trifásicos opuestos en los que uno prevalece sobre el otro al definirse externamente un
sentido de giro.
De ésta forma los rotores no giran ya que en un caso ideal los momentos inducidos a cada lado del eje
son iguales y opuestos. Como ya se conoce de la teoría de motores trifásicos, los campos magnéticos
rotantes inducen un momento en los rotores que varía con la velocidad de éstos últimos. La curva de
torques que generan el campo 1 y 2 se ilustra en la figura 2 donde se puede ver que al sumar los efectos
(zona sombreada) no se obtiene ningún par resultante con el rotor detenido. Así llegamos a la
característica principal de los motores de inducción monofásicos: no pueden arrancar por sí solos.
1.1.3. MOTORES MONOFÁSICOS DE FASE PARTIDA

Arranque por resistencia: Se basa en colocar un bobinado auxiliar desplazado físicamente 90º del
principal. Además se lo construye de conductor más fino y suele tener diferente cantidad de
vueltas. Así se le otorga una impedancia diferente al del devanado principal por lo que la su
corriente está desfasada. El devanado de arranque tiene menos vueltas y consiste en alambre de
cobre de menor diámetro que el devanado de marcha. Por lo tanto, el devanado de arranque tiene
alta resistencia y baja reactancia. A la inversa, el devanado de marcha, con más vueltas de
alambre más grueso, tiene baja resistencia y alta reactancia; pero debido a su impedancia total
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“INCUBADORA PARA HUEVOS DE GALLINA”
menor, la corriente en el devanado de marcha es en general mayor que la correspondiente en el
devanado de arranque.
Figura 4. Motor monofásico de fase partida por resistencia.

Arranque por capacitor: Como medio de mejorar el par relativamente bajo del motor de fase
partida por resistencia se agrega un capacitor al devanado auxiliar para producir una relación casi
real de 90° entre las corrientes de los devanados de arranque y de marcha, en lugar de
aproximadamente 30°, elevando el par de arranque a los límites normales del par nominal.
Debido a su mayor par de arranque, que es de 3.5 a 4.5 veces el par nominal, y a su reducida
corriente de arranque para la misma potencia al instante del arranque, el motor de arranque por
capacitor se fabrica hoy en tamaños de caballaje integral hasta de 7.5 hp.
Figura 5. Motor con capacitor de arranque.

Motor de fase partida y capacitor permanente de un valor: Este tipo de motor tiene dos
devanados permanentes que, en general, se arrollan con alambre del mismo diámetro y el mismo
número de vueltas; es decir, los devanados son idénticos A este motor también se le conoce
como motor de capacitor dividido permanente, es una versión menos cara que la del motor de
arranque por capacitor y capacitor de marcha.
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PROYECTO FINAL:
“INCUBADORA PARA HUEVOS DE GALLINA”
Ya que trabaja en forma continua como motor de arranque por capacitor no se necesita
interruptor centrífugo. Los motores de este tipo arrancan y trabajan en virtud de la
descomposición de la fase de cuadratura que producen los dos devanados idénticos desplazados
en tiempo y espacio. En consecuencia, no tiene el alto par de marcha normal que producen los
motores ya sea de arranque por capacitor o de arranque por resistencia. El capacitor que se usa se
diseña para servicio continuo y es del tipo de baño de aceite. El valor del capacitor se basa más
en su característica de marcha óptima que en la de arranque. Al instante de arranque, la corriente
en la rama capacitiva es muy baja.
Figura 6. Motor monofásico con capacitor de marcha (a) Esquematico. (b) Careteristica torquevelocidad.

Motor de fase partida por condensador de arranque y de marcha: El motor produce un par de
arranque elevado si se utiliza un condensador de arranque CA y un condensador de servicio Cm.
Mediante la capacidad de ambos condensadores se puede incrementar el par de arranque hasta un
valor que sea 2 a 3 veces superior al par nominal. Por este motivo el motor puede arrancar en
carga. Una vez que se haya acelerado, se desconecta el condensador de arranque quedando sólo
el condensador de servicio o de marcha. Es necesario efectuar esta desconexión ya que, debido a
la elevada capacidad total del condensador de arranque y del condensador de servicio, pasa gran
intensidad a través del arrollamiento auxiliar.
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PROYECTO FINAL:
“INCUBADORA PARA HUEVOS DE GALLINA”
Figura 7. Motor monofásico con condensador de partida y de marcha.
1.1.4. MOTOR DE INDUCCIÓN DE ARRANQUE POR RELUCTANCIA
Otro motor de inducción que emplea un estator con entrehierro no uniforme es el motor de arranque por
reluctancia. Su rotor es el clásico de jaula de ardilla que desarrolla una vez iniciada la rotación por el
principio de reluctancia. Debido a los entrehierros desiguales entre el rotor y los polos salientes no
uniformes, sobre el flujo de excitación principal se produce un efecto de barrido.
1.1.5. MOTORES MONOFÁSICOS CON COLECTOR
Existe otro grupo de motores denominados motores monofásicos con colector debido a que el rotor
bobinado de este tipo de motor está equipado con un colector y escobillas. Este grupo consta de dos
clases: 1. Aquellos que funcionan según el principio de repulsión (motores de repulsión) en los que la
energía se transfiere inductivamente desde el devanado de excitación estatórico monofásico hasta el
rotor, y 2. Aquellos que funcionan según el principio del motor serie, en los que la energía es
transportada por conducción, tanto al inducido rotórico como a la excitación estatórica monofásica
conectada en serie.
1.1.6. MOTOR DE REPULSIÓN
Un motor de repulsión consta de un devanado de campo directamente conectado a la tensión de red y un
par de escobillas en corto con desplazamiento de 15o a 25o desde el eje del campo. El campo induce un
flujo de corriente en la armadura en cortocircuito que se opone al flujo principal. La velocidad puede ser
controlada por la rotación de las escobillas con respecto al eje del campo. Este motor tiene la
conmutación por encima de la velocidad de sincronismo, Corriente de arranque bajo produce un elevado
par. Las partes esenciales son: Un núcleo laminado del estator con un devanado similar al de la fase
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PROYECTO FINAL:
“INCUBADORA PARA HUEVOS DE GALLINA”
partida. El estator tiene generalmente, cuatro, seis u ocho polos, un rotor con ranuras en la que va
colocado un devanado, similar al de un motor de c.c. El colector es de tipo axial.
Figura 8. Rotor devanado de un motor de repulsión.
Las escobillas de carbón, conectadas entre sí por medio de alambres de cobre relativamente gruesos. El
porta escobillas es desplazable, dos escudos en los extremos de hierro colado, que alojan los cojinetes y
sujetos al bastidor del motor, dos cojinetes que sostienen el eje del inducido centrado, pueden ser lisos o
de bolas.
1.1.7. MOTOR SERIE DE CORRIENTE ALTERNA
Si un motor de CC serie con “núcleo laminado” equipado con un devanado de campo es conectado a la
red AC, la reactancia de la bobina de campo, reduce considerablemente el campo actual. Si bien este
motor va a girar, la operación es marginal. Mientras se inicia, la bobinas de armadura conectada a las
delgas del colector está cortocircuitada por las escobillas produciendo un efecto transformador en
cortocircuito. Esto se traduce en un considerable arco y chispas en las escobillas de la armadura mientras
comienza a girar. Este es un problema que disminuye a medida que aumenta la velocidad.
Motores de corriente alterna con colector, al igual que los motores de corriente continua resultan
comparables, tienen un mayor par de arranque y mayor velocidad que los motores de inducción AC. El
motor AC serie, opera muy por encima de la velocidad de sincronismo de un motor convencional de
corriente alterna.
Puesto que un motor con colector puede operar a una velocidad mucho mayor que la de un motor de
inducción, se puede dar salida a más potencia que un motor de inducción de tamaño similar. Sin
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PROYECTO FINAL:
“INCUBADORA PARA HUEVOS DE GALLINA”
embargo, los motores con colector no son tan libres de mantenimiento como los motores de inducción,
debido al roce de las escobillas y el desgaste del colector.
Figura 9. Motor serie de corriente alterna.
1.1.8. MOTOR UNIVERSAL
Funcionan con c.a. y c.c. y son de fracción de 1 hp y son usados principalmente en aparatos
electrodomésticos. El inducido es igual al de un motor de c.c. funciona a la misma velocidad con c.c. o
c.a. La velocidad se puede regular por medio de reóstatos y bobinas de tomas múltiples devanadas en
torno del campo. Como es un motor serie, la carga siempre debe estar conectada al motor.
El motor universal es el mismo motor serie de c.c. en el cual se ha alterado el diseño básico: Las
pérdidas por histéresis se reducen empleando hierro al silicio laminado de alta permeabilidad; las
pérdidas por corrientes parásitas se reducen al mínimo construyendo los circuitos magnéticos (estator ,
núcleo) con láminas de hierro - silicio especial; la reactancia del bobinado de campo se reduce
empleando núcleos de polos cortos y bobinados de pocas vueltas; la reactancia del inducido se reduce
utilizando bobinas compensadoras que se montan en el núcleo del estator. Se usan en: Licuadoras,
aspiradoras, batidoras, etc.
En el caso de funcionar con alterna hay que tener en cuenta que tanto el estator como el rotor deben ser
de hierro laminado. También es importante tener en cuenta que en corriente alterna aparece el efecto de
la reactancia de los bobinados, por lo tanto la tensión aplicada en alterna es mayor que la tensión
aplicada en continua.
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PROYECTO FINAL:
“INCUBADORA PARA HUEVOS DE GALLINA”
Un motor universal es un motor capaz de funcionar tanto en corriente alterna como en corriente
continua. Consta de al menos dos electroimanes, uno montado en el eje y otro en la carcasa. El efecto de
imán móvil se consigue mediante el colector de delgas, en este caso con el colector conseguimos que el
electroimán del eje gire respecto del propio eje (no solidariamente) de forma que siempre este
enfrentado respecto de la polaridad del electroimán de la carcasa.
Figura 10. Motor universal
1.2. CONVERTIDORES DE FRECUENCIA CFW08
Los Convertidores de Frecuencia WEG incorporan la más avanzada tecnología disponible mundialmente
para la variación de velocidad en motores de inducción trifásicos. Potencia disponible de 0,25 hasta 20
Hp. Destinados al control y variación de la velocidad de motores eléctricos de inducción trifásicos. Los
convertidores de la línea CFW08 reúnen un diseño moderno con las más avanzadas características
tecnológicas en un producto compacto. El CFW08 utilizando técnicas de compensación del tiempo
muerto, evita inestabilidad en el motor y posibilita el aumento de par en bajas velocidades.
1.2.1. INSTALACION
La red DeviceNet, así como varias otras redes de comunicación industriales, exige ciertos cuidados para
garantizar una baja tasa de errores durante la operación. Esto es debido al ambiente industrial ser en
general agresivo a las redes, por la presencia de interferencia electromagnética. La instalación debe
seguir recomendaciones comunes a cualquier red de comunicación de datos, tales como mantener
distancia entre los cables de señal y potencia, puesta a tierra, calidad de las conexiones y bornes. En las
próximas secciones, serán presentadas recomendaciones básicas para la instalación del convertidor de
frecuencia CFW-08.
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PROYECTO FINAL:
“INCUBADORA PARA HUEVOS DE GALLINA”
1.2.1.1. KIT DE COMUNICACIÓN
Para que el convertidor de frecuencia CFW-08 pueda participar de una red DeviceNet, es necesaria la
instalación del kit KFB-DN-CFW-08 (ıtem WEG 417118222). Hace parte de este kit el modelo de
comunicación DeviceNet, que contiene además de los botones y de la pantalla encontrados en la HMI
padrón del producto, un conector de cinco vías y LEDs para señalización de estados/errores. También
acompaña el kit una bula con instrucciones detalladas de instalación y remoción del módulo. Caso el
convertidor sea suministrado con la tarjeta de comunicación instalada, es suficiente seguir lo que está
descrito en este manual para la configuración y operación del equipamiento en red.
Figura 11. Kit KFB-DN-CFW-08 instalado en el convertidor.
1.2.1.2. CONEXIÓN CON LA RED
La interfaz para conexión con el cableado DeviceNet/CAN está disponible en el conector XC14 del
módulo de comunicación. La figura ilustra la posición de este conector en el módulo mientras que la
tabla 1 describe la función de cada borne del conector XC14.
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PROYECTO FINAL:
“INCUBADORA PARA HUEVOS DE GALLINA”
Figura 12. Módulo de comunicación DeviceNet.
Tabla 1. Bornes del conector XC14.
Para efectuar la conexión, se debe observar la correspondencia de las señales presentadas en la tabla 1.
Cada borne del conector de los varios equipamientos conectados en red debe presentar las mismas
señales (V- con V-, CAN L con CAN L, etc.). El blindaje del cable (borne 3) no debe ser despreciado.
Este borne está conectado internamente a la tierra a través de un circuito RC paralelo. Esta forma de
conexión fue creada teniendo como principal objetivo la retirada de cualquier equipamiento de la red sin
perjuicio a la misma. La entrada o salida de nodos de la red deben ocurrir sin generar ningún problema.
1.2.1.3. ARCHIVO DE CONFIGURACIÓN
Todo equipamiento DeviceNet debe ser previamente registrado en el software de configuraci´on de la
red para operar correctamente. Esto es hecho a través de un archivo ASCII con extensión EDS
disponible en el CD-ROM que acompaña el producto y también en página de Internet de WEG . En este
archivos están codificadas instrucciones para que el maestro de la red pueda comunicarse con el esclavo.
La forma de registro es dependiente del software de configuración y de esta forma, una consulta a la
documentación de este aplicativo tal vez sea necesaria.
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PROYECTO FINAL:
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1.2.2. CARACTERÍSTICAS DEL CFW-08
El convertidor de frecuencia CFW-08 actúa como un esclavo/servidor en una red DeviceNet, o sea, ´el
recibe requisiciones (datos de salida) de un maestro , procesa los dados de estas requisiciones y a seguir
los envıa de vuelta al maestro (datos de entrada). Este es un proceso cıclico que ocurre mientras la red
está activa. El CFW-08 también no es capaz de comunicarse directamente con otros esclavos en un
modo conocido por peer-to-peer. Es obligatoria la presencia de un maestro en la red para gerencia de la
comunicación. El CFW-08 funciona, por lo tanto, como un dispositivo Group 2 Only Server . O sea, el
no posee los servicios relacionados a la Unconnected Message Manager (UCMM). El convertidor CFW08 sigue el perfil de dispositivo de un AC/DC Drive (AC/DC Device Profile). Este perfil define el
formato de los datos trocados con el maestro a través de mensajes del tipo I/O y representa la interfaces
de operación con el drive.
1.2.2.1. TIPOS DE MENSAJES SOPORTADAS
El protocolo DeviceNet define dos tipos de mensajes para la operación y monitoreo del equipamiento:
I/O : Tipo de telegrama sincronico dedicado al movimiento de datos prioritarios entre un productor y
uno o más consumidores. Pueden aún ser subdivididos en diferentes métodos de intercambio de datos,
como Polled, Bit-Strobe, Change of State, Cyclic y Multicast.
Explicit : Tipo de telegrama de uso general y no prioritario, utilizado principalmente en tareas
asincrónicas como la parametrización y configuración del equipamiento. El CFW-08 soporta ambos
tipos de telegramas, explicit utilizado en general para la configuración del drive vía red y I/O para
intercambio de datos para operación del dispositivo. Son soportados por el CFW-08 los métodos Polled,
Change of State and Cyclic. Estos pueden ser utilizados separadamente o entonces combinados. Cabe al
usuario evaluar y definir cuál es el más eficiente para su aplicación en particular.
1.2.2.2. INDICACIÓN DE ESTADOS DE ERRORES
La indicación de los estados/errores del equipamiento en la red DeviceNet es hecha a través de mensajes
en la pantalla y de LEDs bicolores MS (Module Status) y NS (Network Status) ubicados en la IHM del
producto, conforme figura 5. El LED bicolor MS indica el estado del dispositivo:
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Tabla 2: Estados del Variador de Oscuridad.
Figura 13. Detalle de módulo de comunicación.
Ya el LED bicolor NS suministra indicación del estado de la red DeviceNet:
Además de los LEDs MS y NS, los mensajes presentados en la IHM suministran una otra fuente de
información a respecto del módulo y de la red. Estos mensajes son utilizados para señalar errores del
protocolo DeviceNet. Los cuatro principales son:
E33 : Controlador CAN no alimentado. Verifique la fuente de alimentación de la red DeviceNet.
E34 : Señala que el controlador CAN fue para el estado de bus-off. Asegure que la tasa de comunicación
ajustada en el drive corresponde a la del maestro.
E36 : Indica que el maestro de la red está en el estado de idle.
E37 : Ocurre cuando una o m´as conexiones del tipo I/O, fueron para el estado de timeout.
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1.3. RELEVADORES
Un relevador es un interruptor que puede ser controlado eléctricamente. Este dispositivo también puede
entenderse como un controlador electro-mecánico. El fenómeno electromagnético de auto-inductancia e
inductancia mutua. Este principio le permitió crear un tipo de electroimán que al activarse puede
controlar a un interruptor, este es el principio del relevador.
1.3.1. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
Los relevadores principalmente se usan en sistemas que requieran controlar una carga o usar un
interruptor que pueda ser controlado eléctrica o mecánicamente. Una de las aplicaciones originales fue
usarlas para diseñar máquinas de estado finito o autómatas. Una de las aplicaciones actuales es el de
controlar cargas inductivas o resistivas mediante pulsos de control digital. Los relés también son usados
en equipos de pruebas, sistemas de comunicación, seguridad, medición, circuitos de potencia.,
inversores o sistemas de potencia foto-voltaicos.

Tipo de carga: (1) Inductiva o (2) Resistiva. Por ejemplo, un motor es una carga inductiva.

Potencia de la carga. Para circuitos de corriente continua (VDC) la potencia se calcula como
P = VI, voltaje multiplicado por la corriente. Para circuitos de corriente alterna (VAC) se debe de
tomar en cuenta que el voltaje y la corriente varían con el tiempo. Así para circuitos de AC la
potencia instantánea se calcula como:

En el caso de los relevadores mecánicos es importante conocer el voltaje de la bobina. Si por
ejemplo la bobina es de 12VDC entonces no podremos hacer la activación por medio del
microcontrolador directamente.

Ruido inducido. La activación mecánica de algunos relevadores pueden generar ruido eléctrico
en las etapas digitales sensibles. Entonces si tu diseño es muy sensible puedes optar por relés no
mecánicos. Energía de activación. Pueden consumir una cantidad considerable de corriente en la
activación, comparándolo con algún otro actuador como leds o etapas digitales.
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1.3.2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Un relé es un interruptor mecánico operado eléctricamente que se puede encender o apagar, dejando
pasar la corriente o no, y se puede controlar con voltajes bajos, como los 5V utilizados en la
alimentación de un microcontrolador.
Figura 14. Principio de Funcionamiento del Relevador Electromecánico.
Controlar un módulo de relé con un microcontrolador es lo mismo que controlar cualquier otra salida
digital. El consumo de corriente de una de sus entradas es el mismo que se necesita para encender un
led.
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PROYECTO FINAL:
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Figura 15. Diagrama interno de los módulos de relé (se muestra para un solo relé, los circuitos se
repiten).
El conector amarillo horizontal, el que no tiene un nombre de identificación, es el juego de pines de
entrada de alimentación. Por allí ingresan al módulo tres valores:
■ GND, común o tierra.
■ VCC o alimentación positiva de 5V para la parte de la lógica de entrada: el resistor R1, la sección de
emisión de luz de U1 (pines 1 y 2 del optoacoplador), N1 (led indicador) y IN0 (entrada del control).
■ Y JD-VCC, por donde ingresan 5V para alimentar el circuito de accionamiento del relé, compuesto
por el fototransistor de U1 (pines 3 y 4 del optoacoplador), el resistor R2, el transistor Q1 para manejar
la corriente de la bobina, D1 (diodo para eliminar la contracorriente del bobinado) y la bobina en sí del
relé.
El conector J1 lleva al exterior los contactos del relé:
■ 1 es NO (Normally Open = Normalmente Abierto)
■ 2 es C, el contacto Común
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■ 3 es NC (Normally Closed = Normalmente Cerrado).
Figura 16. Estado desactivado del relé.
Figura 17. Estado activado del relé.
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1.3.3. MÓDULO DE RELÉ
Figura 18: Estructura del módulo de relevadores
[1] Como se puede apreciar, el módulo tiene un conector de entradas (IN1 a IN4) y alimentación (GND
es masa o negativo y Vcc es el positivo)
[2] Cuatro leds que indican el estado de las entradas.
[3] Un jumper selector para la alimentación de los relés.
[4] Cuatro optoacopladores del tipo FL817C.
[5] Cuatro diodos de protección.
[6] Cuatro relés marca SONGLE con bobinas de 5V y contactos capaces de controlar hasta 10 Amperes
en una tensión de 250V.
[7] y cuatro bornes, con tres contactos cada una (Común, Normal abierto y Normal cerrado), para las
salidas de los relés.
A partir del circuito de la Figura z analicemos el funcionamiento del circuito:
La entrada IN1 está conectada al cátodo del diodo del optoacoplador a través del led indicador. El ánodo
del diodo del optoacoplador se conecta a Vcc (positivo) por intermedio de R1, una resistencia de 1000
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ohms. Estos tres componentes, el diodo indicador, el diodo del opto y la R1 forman un circuito serie por
el cual circula la corriente cuando la entrada está a un nivel BAJO (conectada a GND) y no circula si la
entrada está a un nivel ALTO (conectada a Vcc). El transistor del opto tiene su colector a JD-Vcc y su
emisor conectado a Q1 a través de una resistencia de 510 ohms. Este es otro circuito serie por el cual
circula corriente cuando el transistor del opto conduce al ser “iluminado” por su diodo, con lo que se
introduce corriente en la base de Q1 a través de R2.
Finalmente, Q1 está conectado en una típica configuración emisor común, con su emisor a masa (GND)
y la bobina del relé como carga en el colector. Cuando circula corriente por la base desde el opto, Q1 se
satura permitiendo el paso de la corriente a través de la bobina del relé, lo que produce que se cierren los
contactos del mismo (común con normal abierto). El diodo D1 protege al transistor de la tensión que
aparece en la bobina del relé cuando deja de circular corriente por la misma. En síntesis, al ponerse la
entrada a nivel BAJO se pone a la saturación el transistor Q1 a través del optoacoplador con lo que se
cierra el contacto normal abierto del relé.
1.4 CONTACTOR
Es un mecanismo cuya misión es la de cerrar unos contactos, para permitir el paso de la corriente a
través de ellos. Esto ocurre cuando la bobina del contactor recibe corriente eléctrica, comportándose
como electroimán y atrayendo dichos contactos.
Partes de que está compuesto:

Contactos principales: 1-2, 3-4, 5-6.
Tienen por finalidad abrir o cerrar el circuito de fuerza
o potencia.

Contactos auxiliares: 13-14 (NO)
Se emplean en el circuito de mando o maniobras. Por este
motivo soportará menos intensidad que los principales. El
contactor de la figura solo tiene uno que es normalmente
abierto.
Figura 19: Contactor
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
Circuito electromagnético:
Consta de tres partes.
1. El núcleo, en forma de E. Parte fija.
2. La bobina: A1-A2.
3. La armadura. Parte móvil.
1.4.1. SÍMBOLO
Figura 20: Símbolo del Contactor en los diagramas de Fuerza.
1.4.2. ELECCIÓN DEL CONTACTOR
Cuando se va a elegir un Contactor hay que tener en cuenta, entre otros factores, lo siguiente:

Tensión de alimentación de la bobina: Esta puede ser continua o alterna, siendo esta última la
más habitual, y con tensiones de 12 V, 24 V o 220 V.

Número de veces que el circuito electromagnético va a abrir y cerrar. Podemos necesitar un
Contactor que cierre una o dos veces al día, o quizás otro que esté continuamente abriendo y
cerrando sus contactos. Hay que tener en cuenta el arco eléctrico que se produce cada vez que
esto ocurre y el consiguiente deterioro.

Corriente que consume el motor de forma permanente (corriente de servicio).
Por lo tanto es conveniente el uso de catálogos de fabricantes en los que se indican las distintas
características de los Contactores en función del modelo.
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1.4.3. CONTACTORES AUXILIARES
Según el modelo de contactor, se le puede acoplar a este una cámara de contactos auxiliares o módulos
independientes, normalmente abiertos (NO), o normalmente cerrados (NC).
Figura 21: Contactos auxiliares del contactor
1.4.4 MARCADO DE BORNES

Bobina: se marca con A1 y A2.

Contactos auxiliares: Como ya hemos nombrado, existen contactos normalmente abiertos (NO) o
(NA) y normalmente cerrados (NC).

Contactos NO.- Se les asignarán números de 2 cifras, la primera cifra indica el número de
orden y la segunda deberá ser 3 y 4. Ejemplos: 13-14 23-24, 33-34.

Contactos NC.- Se les asignarán números de 2 cifras, la primera cifra indica el número de
orden y la segunda deberá ser 1 y 2. Ejemplos: 11-12 21-22, 31-32.

Contactos principales: Se marcan con los siguientes números o letras: 1-2, 3-4, 5-6, o L1T1, L2-T2, L3-T3.

El Contactor se denomina con las letras KM seguidas de un número.

Relé Térmico: Los bornes principales se marcarán como los contactos principales del contactor,
1-2, 3-4, 5-6, o L1-T1, L2-T2, L3-T3. Los contactos auxiliares serán, 95-96 contacto cerrado y
97-98 contacto abierto.
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1.5. PROGRAMACIÓN POR MICROCONTROLADOR PIC
Algunos de los más destacados:
Tabla 3: Algunos tipos de lenguajes de programación utilizados en Microcontroladores.
1.5.1. LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN C
El lenguaje C es del tipo lenguaje estructurado como son Pascal, Fortran, Basic. Sus instrucciones son
muy parecidas a otros lenguajes incluyendo sentencias como if, else, for, do y while... . Aunque C es un
lenguaje de alto nivel (puesto que es estructurado y posee sentencias y funciones que simplifican su
funcionamiento) tenemos la posibilidad de programar a bajo nivel ( como en el Assembler tocando los
registros, memoria etc. ). Para simplificar el funcionamiento del lenguaje C tiene incluidas librerías de
funciones que pueden ser incluidas haciendo referencia la librería que las incluye, es decir que si
queremos usar una función para borrar la pantalla tendremos que incluir en nuestro programa la librería
que tiene la función para borrar la pantalla. En la imagen 9 se muestran los tipos de variables en el
lenguaje C.
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1.5.2. TIPOS DE VARIABLES EN C
Figura 22. Tipos de variables en C.
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1.5.3. PROGRAMACIÓN POR MICROCONTROLADOR PIC
1.5.3.1. ¿QUÉ SON LOS MICROCONTROLADORES?
Microchip fabricó los pic, microcontroladores o circuitos integrados programables con una arquitectura
computacional de tipo RISC. El nombre exacto es PICmicro pero se le da el significado de Peripheral
Interface Controller o Control de Interfaz Periférico. Como todo microcontrolador estos contienen en su
interior unidades de memoria RAM y ROM, pero uno de los componentes que destacan en los PIC es su
ALU (Unidad Aritmética Lógica). En la siguiente imagen se muestra la distribución de pines del
microcontrolador PIC16F628A.
Figura 23: Arquitectura común del microcontrolador PIC.
En la actualidad los PIC son los más utilizados cuando se trata de incursionar en el mundo de los
microcontroladores ya que tienen muchísimas aplicaciones debido a que estos poseen varios periféricos
en su interior como los de comunicación serial, UART e incluso controladores de motores y varios más.
Un microcontrolador PIC también posee una gran capacidad para almacenar palabras lógicas, la cual va
desde las 512 hasta las 32000 palabras.
1.5.4. TIPOS DE MICROCONTROLADORES PIC
Para poder clasificar a los PIC se los pone en tres familias según su capacidad, estas familias son las de 8
bits, 16 bits y 32 bits. Estas a su vez tienen subdivisiones las cuales ya son por las gamas de los
microcontroladores que podemos usar.
1.5.4.1. PIC DE 8 BITS
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PROYECTO FINAL:
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Creados en 1975, los microcontroladores PIC de 8 bits llegan con el objetivo de mejorar el rendimiento
en su sistema reduciendo la carga de entrada y salida en su CPU. Se puede dividir los PIC de 8 bits
según su gama como pueden ser: Gama Básica, gama media y gama mejorada.
Figura 24. Tipos de Gamas de Microcontroladores de 8 bits.
1.5.4.2. PIC DE 16 BITS
Los dispositivos de 16 bits tienen una capacidad para almacenar 3072 palabras lógicas en su memoria.
Microchip desarrolló estos dispositivos y se utilizó en un principio en la CPU conocida como CP16000.
La familia de 16 bits también se la puede dividir, en dos grupos específicamente, los MCU range y los
DSC range los cuales están más enfocados hacia los proyectos que incluyan el uso de motores.
Figura 25. Tipos de Microcontroladores de 16 bits.
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1.5.5. MICROCONTROLADOR PIC18F4550
1.5.5.1. CARACTERÍSTICAS DEL PIC18F4550

Arquitectura optimizada del compilador de C con opcional Conjunto de instrucciones extendido

Flash mejorado de 100,000 Erase / Write Cycle Memoria de programa típica

1,000,000 de datos de ciclo de borrado / escritura EEPROM Memoria típica

Retención de memoria flash / EEPROM de datos:> 40 años

Auto-programable bajo control de software

Niveles de prioridad para interrupciones

Multiplicador de hardware de ciclo único 8 x 8

Temporizador de vigilancia extendido (WDT): - Período programable de 41 ms a 131s

Protección de código programable

Serie de 5V en circuito de suministro único Programming (ICSP) a través de dos pines

Depuración en circuito (ICD) a través de dos pines

Puerto ICD / ICSP dedicado opcional (solo dispositivos de 44 pines)
 Amplio rango de voltaje de funcionamiento (2.0V a 5.5V)
Figura 26. Estructura del PIC18F4550.
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PROYECTO FINAL:
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CAPÍTULO 2.
METODOLOGÍA
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2.1. COMPETENCIA ALCANZADA:
Analizar y escoger de manera correcta los elementos de control y de potencia que intervienen en un
sistema de control ON/OFF.
2.2. MATERIAL Y EQUIPO:
-
Resistencias de diversos valores: 4.7 MΩ, 120 kΩ, 22 kΩ, 15 kΩ (Todas estas de ¼W) y 10 kΩ
(Estas últimas de 5W).
-
Capacitores de diversos valores: 100µF, 10 µF, 470 nF y 100 nF.
Alguno(s) de(l) siguiente(s) dispositivos:
-
PIC18F4550 o tarjeta Miuva.
Pantalla LCD.
Protoboard y/o placa fenólica.
Cable para alambrar y/o jumpers.
Portafusibles y fusible (amperaje 25% superior al nominal del foco).
Switch de paso “ON” corta corriente.
Clavija y cable calibre 16 o superior.
1 Triac MAC12D o similar.
Fuente de voltaje del laboratorio.
Generador de Funciones.
1 DIAC.
1 Mosfet IRFZ44N o similar.
Disipadores de calor.
1 Diodo de Potencia 1N5408.
3 Opto-acopladores MOC3031.
1 Inductor de 220-500 µH.
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PROYECTO FINAL:
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-
Multímetro Digital.
2 Clemas de 2 Polos.
Sensor DHT11.
Sensor IR.
Focos incandescentes de100 W.
Sockets de cerámico y/o plásticos.
Incubadora, en este caso se usara una pecera
2.3. SIMULACIONES
Realizar las simulaciones y posteriormente las implementaciones en físico ya sea en protoboard o placa
fenólica de los siguientes circuitos para la etapa de control y la etapa de Potencia:
Figura 27: Circuito Dimmer para el control de la intensidad de Luz dentro de la incubadora (Etapa de
Potencia).
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PROYECTO FINAL:
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Figura 28. Arreglo de los opto-acopladores MOC3031 con las resistencias para las diferentes
configuraciones del Dimmer (Etapa de Potencia).
Figura 29. Conexiones del Microcontrolador PIC18F4550 con la pantalla LCD y el sensor DHT11 al
igual que las conexiones hacia los MOC3031 (Etapa de Control).
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PROYECTO FINAL:
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Figura 30. Reductor de Voltaje de 24V a 5V para la alimentación del PIC18F4550 (Adecuación de
señales).
Luego de realizar los circuitos mostrados anteriormente se procede a realizar las pruebas individuales de
cada parte para posteriormente unirlas, alimentar todo con sus respectivas alimentaciones y hacer
pruebas para observar si se lograron los objetivos deseados para el funcionamiento óptimo de este
proyecto.
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PROYECTO FINAL:
“INCUBADORA PARA HUEVOS DE GALLINA”
CAPÍTULO 3. RESULTADOS
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PROYECTO FINAL:
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3.1. SIMULACIÓN DE RESULTADOS EN PROTEUS.
A continuación se muestran los resultados obtenidos de los circuitos mostrados anteriormente dentro del
software Proteus.
Figura 31. Resultados en la simulación de la Etapa de Control.
En esta parte cabe recalcar que la etapa de potencia no muestra de manera explícita la regulación en la
intensidad de luz, sin embargo al realizarlo en físico en una práctica anterior funcionó perfectamente.
Figura 32. Resultados en la Simulación de la etapa de Potencia.
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PROYECTO FINAL:
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Como última parte en este apartado de simulaciones, tenemos nuestro regulador reductor, aquí debemos
decir que se logró reducir el voltaje de entrada (24V) a 6.4 V, no es exactamente el valor que
necesitamos para poder alimentar la Miuva, sin embargo es el valor más estable que pudimos obtener.
Figura 33. Resultados en la simulación de la adecuación de señal para el microcontrolador.
3.2. ETAPA DE CONTROL.
Ahora que tenemos los resultados en la simulación procedemos a la implementación en físico. El primer
paso que realizamos fue conectar la fuente de voltaje con una entrada de 24 V, para alimentar el primer
circuito que servirá para adecuar la señal y reducir el voltaje, esto para poder suministrarle la
alimentación adecuada al PIC18F4550.
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PROYECTO FINAL:
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Figura 34: Configuración de la fuente de voltaje.
Después de esto, al revisar el circuito sabemos que el MOSFET debe ser activado por medio de una
señal PWM en el GATE, para esto usamos el Generador de Señales, sin embargo, este paso fue el que
nos tomó más tiempo y un poco de asesoría, se nos fue indicado que para lograr la reducción efectiva
debíamos “jugar” con la frecuencia, amplitud y el ciclo de trabajo de la señal PWM para la entrada del
GATE, haciendo esto logramos la reducción con los siguientes parámetros en el generador de señales.
Figura 35: Valor obtenido en la frecuencia para lograr la reducción efectiva.
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Figura 36: Valor obtenido en la amplitud pico-pico para la señal PWM.
Figura 37: Valor obtenido en el ciclo de trabajo para la señal PWM.
Ahora que ya tenemos configurado el generador de funciones, seguimos con el regulador reductor
previamente armado en clases de Electrónica de Potencia Aplicada, dicho circuito consta de una bobina,
un diodo de potencia 1N5408, un capacitor electrolítico, una resistencia de 4.7 MΩ en serie con una de
15 kΩ, cabe destacar que la salida de voltaje se encuentra en las terminales del capacitor.
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Figura 38: Circuito Regulador Reductor de 24V a 5V.
Aquí es donde comenzaron los problemas, si logramos los 5V de salida, pero debido a que la Miuva
demanda más corriente, dicha salida no funcionó, así que tuvimos que elevar un poco más la salida hasta
llegar a los 9.5V, esto debido a que un poco antes de ese valor el microcontrolador ya encendía pero la
LCD no encendía, sin embargo, llegado en ese punto la tarjeta comenzó a trabajar con normalidad.
Figura 39: Etapa de Control alimentada por el regulador reductor.
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Como ya tenemos la alimentación funcionando, sigue describir la etapa de control, la cual está
constituida por dos sensores digitales, el PIC18F4550 y la pantalla LCD. Esta etapa es funcional debido
a la programación que fue cargada en la tarjeta, el cual está diseñado para funcionar de manera
automática dependiendo de los datos que resulten de los sensores, los cuales también son presentados en
la pantalla LCD.
A continuación se presentan las condiciones propuestas de manera muy general:

Si la Temperatura (T) < 30°C y T == 33°C los focos encenderán al 100% de su voltaje (128 V).

Si la T > 33°C y T == 36°C los focos encenderán al 60% de su voltaje (73 V).

Si la T > 36°C los focos encenderán al 10% de su voltaje (14 V).
Esas condiciones son con el DHT11, el cual tiene la función más importante, medir la temperatura y
poder hacer el control de la intensidad de luz de manera automática.
Ahora sigue el Sensor IR, el cual tiene como objetivo detectar el movimiento del huevo cuando este
llegue a eclosionar, esto debido a que en su programación tiene la tarea de encender el led RGB de la
misma tarjeta cuando llegue a detectar algún movimiento, mientras el huevo permanezca estático el led
permanecerá apagado.
Figura 40. Posición de los sensores para la detección de temperatura de la pecera y posición del huevo.
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3.2.1. PROGRAMA CARGADO EN LA MIUVA:
A continuación se muestra el programa realizado para la etapa de control y las señales que funcionan
para la etapa de potencia:
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Figura 41: Programa cargado en el PIC18F4550 donde se encuentran las condiciones para unir la etapa
de control con la etapa de potencia.
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3.3. ETAPA DE POTENCIA:
Ahora que ya tenemos la etapa de control dominada, pasemos a la etapa de Potencia, esta comienza con
los MOC3031, su funcionamiento es que al llegar el voltaje determinado (5 V), se enciende un led que
activara el disparo del opto-triac y así se permitirá el paso de la corriente alterna que alimenta el
siguiente circuito. Este es una manera de cuidar el circuito de control de los parámetros que posee la
corriente alterna, así como lograr de manera óptima el control ON/OFF.
Figura 42: Circuito constituido por los MOC3031 y el arreglo de resistencias que regula la intensidad de
luz.
Después de los MOC3031 sigue el circuito que permite la regulación de la intensidad de luz, el
denominado Dimmer, este circuito esta constituido por medio de un DIAC y un TRIAC MAC12D, este
funciona cuando llega el paso de voltaje proveniente de los opto-acopladores y así se activa el DIAC que
permite el disparo del TRIAC por medio de la entrada de voltaje del GATE.
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Figura 43. Circuito Dimmer que regula la intensidad de la luz.
Ahora que ya tenemos todos los circuitos armados y simulados, procedemos a energizar la parte de
Control y la etapa de Potencia para realizar la prueba presente ante los profesores.
3.4. ENTREGA DEL PROYECTO ANTE LOS PROFESORES.
Ahora con todo energizado tenemos los siguientes resultados, el ambiente se encontraba con una
temperatura más baja que la establecida, es por eso que al activar el botón de paso de corriente los focos
encendieron al 100% de su intensidad de luz.
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Figura 44. Focos encendidos al 100% de su intensidad y una temperatura 30°C.
Ahora, después de poco tiempo comenzó a aumentar la temperatura, como se muestra en la siguiente
figura la pantalla LCD va actualizando sus datos conforme el sensor DHT11 iba recibiendo datos del
entorno de dentro de la incubadora.
Figura 45. Ejemplo de datos presentados en la LCD por parte del sensor DHT11.
Ahora, como se mencionó anteriormente, cuando la temperatura se elevó a 33°C debe cambiar la
configuración en la intensidad de la luz, algo que visualmente no se aprecia mucho pero al medir
voltajes si se nota, esto debido que de 127 V que es la entrada normal desciende hasta los 73 V bajando
su capacidad de producir calor.
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Figura 46. Medición de voltaje al reducir la intensidad de luz gracias al cambio de temperatura en la
segunda configuración.
Ya como última prueba tenemos la última condición, que es cuando el DHT11 recibe como dato de
temperatura un valor igual o mayor a los 36°C, en este caso se muestra una intensidad mínima con la
cual la incubadora puede permanecer con esa temperatura constante la gran mayoría de tiempo.
Midiendo el voltaje en esta configuración obtenemos un valor de 14.1V, algo que solo es funcional para
mantener los focos encendidos a una intensidad mínima.
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Figura 47. Última configuración donde se presenta una mínima iluminación y un voltaje 14.1 V en los
focos.
Por último, el paso relativamente más sencillo es la configuración del sensor IR, en las siguientes
imágenes se muestra un ejemplo de su funcionamiento, en este caso movimos el huevo de manera
manual para que este ya no fuera detectado, como resultado de esto en la tarjeta del PIC18F4550 se
enciende el led RGB con una luz verde para alarmar al usuario de algo le sucedió al huevo, ya sea que
algo lo alteró o esta eclosionando.
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Figura 48. Ejemplo del funcionamiento del Sensor IR dentro de la incubadora.
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CONCLUSIONES
Como inicio podemos decir que este proyecto fue de bastante provecho para aplicar todo lo aprendido en
los dos cursos, sin embargo también nos dimos cuenta que para poder avanzar a una función práctica
que pueda llegar a ser comercial se debe hacer una investigación y análisis mucho más grande para
detectar los puntos fuertes para su venta y más aún para mejorar la detección dentro de la incubadora, es
decir, la elección de los sensores, los parámetros que deben soportar y las condiciones del ambiente
donde será ocupada, etc.
Al implementar nuestro circuito en el espacio cerrado que conseguimos (pecera) existen demasiadas
variables para considerar, es por eso que los profesores nos sugirieron hacer un análisis extenuante sobre
las dimensiones que se tienen para la incubadora y el tipo de sensores que pueden implementarse para
obtener un dato real que puede ser utilizado para dar mejores condiciones en el programa cargado en el
PIC18F4550.
Así que en conclusión dejaremos en claro que un proyecto donde intervengan los inicios del control y la
electrónica de Potencia puede llegar a tener demasiado potencial para un aplicación física de un
producto, sin embargo para esto se necesita un protocolo de investigación bien cimentado y con fuentes
confiables para ofrecer la mejor detección posible por parte de los sensores ocupados.
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BIBLIOGRAFÍA
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