instituto polité escuela superior de ingen ingenieria en comunic instituto politécnico nacional ...

76 Pages·2012·2.39 MB·Spanish

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UNIDAD ZACATENCO.
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TITULO:
DISEÑO DDDEEE UUUNNN DDDIIISSSPPPOOOSSSIIITTTIIIVVVOOO UUULLLTTTRRRAAASSSÓÓÓNNNIIICCCOOO PPPAAARRRAAA EEELLL UUUSSSOOO DDDEEE AAAEEERRROOOPPPOOONNNÍÍÍAAA...

TESIS
QQQUUUEEE PPPAAARRRAAA OOOBBBTTTEEENNNEEERRR EEELLL TTTIIITTTUUULLLOOO DDDEEE IIINNNGGGEEENNNIIIEEERRROOO EEENNN CCCOOOMMMUUUNNNIIICCCAAACCCIIIOOONNNEEESSS YYY EEELLLEEECCCTTTRRROOONNNIIICCCAAA...

PRESENTA:
MARCO POLO FFUUEENNTTEESS GGUUEERRRRAA

ASESOR:
IINNGG.. EERRAASSMMOO VVAALLVVEERRDDEE TTRRUUJJIILLLLOO..

MÉXICO D.F. 2012
SEPTIEMBRE

DISEÑO DE UN DISPOSITIVO ULTRASÓNICO PARA EL USO DE AEROPONÍA.

AGRADECIMIENTOS
A MIS PADRES
Sé que jamás les podre agradecer el amor que me han brindado a través de la vida, pero este
logro es gracias a ustedes. Todo su apoyo ha permeado en la persona que hoy soy, le doy gracias
a Dios por tener unos padres excepcionales que han estado en cada momento conmigo,
inculcándome con su ejemplo la responsabilidad, honestidad y sobre todo el amor a lo que se hace
en cada acción. Muchas gracias por ser como son, los amo.
A MI HERMANA
Gracias por estar a mi lado en los momentos más importantes de mi vida, eres un gran apoyo para
seguir adelante, te amo hermana.
A MIS FAMILIARES
Por ser personas que siempre han estado conmigo, quiero agradecer su apoyo, comprensión y
paciencia en todas y en cada una de las etapas de mi vida. Algunas están presentes y otras en
mis recuerdos y en mi corazón. Les agradezco profundamente lo que hacen por mí, pero sobre
todo, por el amor y apoyo que me dan.
AL PROFESOR ERASMO VALVERDE TRUJILLO
Por compartir sus conocimientos conmigo y apoyarme en el último paso de mi carrera profesional,
sus consejos serán una enseñanza para toda mi vida.
A MIS AMIGOS
Quienes de alguna manera han ayudado a fortalecer mi carrera. Salud.
AL INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
Me llevo un gran orgullo al saber que pertenezco a esta gran institución y me llevo los colores en el
alma como buen politécnico que soy. ¡¡¡ Huelum……..
DISEÑO DE UN DISPOSITIVO ULTRASÓNICO PARA EL USO DE AEROPONÍA.

ÍNDICE

Objetivo……………..…………….…………………………….……...…Pág.1
Introducción……………………..……………..……...………………...Pág.2
Justificación….………..………………..…….…….…...…….…….......Pág.4

Capitulo 1 MARCO TEÓRICO……….…………………………….…Pág.5

1.1 Aeroponía………………………………………..……………….......Pág.5
1.1.1 Ventajas ecológicas……………..………………………….………….……….Pág.5
1.1.2 Incremento en la exposición al aire………..……………….…………..……. Pág.6
1.1.3 Beneficios del oxígeno en las raíces……...............……….…………….......Pág.6
1.1.4 Otros beneficios del aire (CO )....................................................................Pág.6
2
1.1.5 Agua y nutrientes hidro-atomizados……………..………...………...….…...Pág.7
1.1.6 Como herramienta de investigación……………..………...………..….…….Pág.7
1.1.7 Tipos de Aeropónicos……………………………..…………………..………..Pág.7
1.7.1 Unidades a baja presión………………………………….……..…………………….…....Pág.7
1.7.2 Dispositivos de alta presión…………………………………..………….…………………Pág.8

1.1.8 VENTAJAS DE LA AEROPONIA………………………..……………….…..Pág.8
a) Fácil y práctica…………………………………………………………..….………………...….Pág.8
b) Control sobre la nutrición vegetal……………………………………..…………………….....Pág.8
c) Buen desarrollo en diferentes variedades de planta………………..……….……………….Päg.8

1.1.9 No hay competencia de nutrientes………….………………….…..……..….Pág.9
1.1.10 Ahorro de agua……………………………….………………………..…...….Pág.9
1.1.11 Producción fuera de temporada……………..……………………..……......Pág.9
1.1.12 El daño al medio ambiente………………….……………………….............Pág.9
1.1.13 Prevención de contaminación……………………………………….……...Pág.10
1.1.14 Desventajas………………………………………………………….…….….Pág.10
1.1.14.1 Los nutrientes dependen directamente del productor………………………............Pág.10
1.1.14.2 La inversión económica…………………………………………………………...........Pág.11

1.2 Historia de los ultrasonidos………………………………..….……………Pág.12
1.2.1 Generadores de ultrasonidos…………………………………..……………Pág.13
1.2.2 Generadores ultrasónicos que utilizan campos eléctricos……..…………Pág.13
A) Vibración longitudinal…………………….………………………………………..………..….Pág.15
B) Vibración transversal…………………….………………………………………….…………Pág.17
1.2.3 Propagación de ultrasonidos…………………………………..…………….Pág.18
1.2.4 Detección de ultrasonidos……………………………...…………………….Pág.19
1.2.5 Efectos de los ultrasonidos……………………………………...…………...Pág.19
1.2.6 Aplicaciones de los ultrasonidos……………………………………………..Pág.20
DISEÑO DE UN DISPOSITIVO ULTRASÓNICO PARA EL USO DE AEROPONÍA.

1.3 Efecto Piezo eléctrico………………………………………………………..Pág.21
1.3.2 Altavoz piezo-eléctrico……………………………………………….………..Pág.22

1.4 Osciladores……………………………………………………………………Pág.23
1.4.1 Funcionamiento Del Circuito Integrado 555…………………………...……Pág.23
1.4.1.1 Multivibrador Astable……………………………………………………………………...Pág.24

1.5 Sensor HMZ433A1...................................................................................Pág.26
1.5.1 Termistor…………………………………………………………………..……Pág.26

1.6 Arduino UNO……………………………………………………………….….Pág.28

1.7 Control Sistema de Lazo cerrado…………………………………….……Pág.29
Capitulo 2. Desarrollo……………..…………………….…Pág.30
2.1 Problema a solucionar……………………………………………..…….....Pág.30

2.2 Diseño Dispositivo Ultrasónico……………………………………..……..Pág.31
2.2.1 Principio De Funcionamiento…………………………………………………Pág.31
2.2.2Características Del Diseño….…..……………….........................................Pág.31

2.3 Elementos del diseño…………………………………………………….…Pág.34
2.3.1 Macronutrientes…………………………………………………………Pág.34
A).Nitrógeno…………………………………………………………………………………….….Pág.34
B) Fósforo…………………………………………………………………………………..….…...Pág.35
C) Potasio………………………………………………………………………………..…….…...Pág.35
D) Calcio…………………………………………………………………………..……………......Pág.35
E) Magnesio…………………………………………………………………………..…………….Pág.36
F) Azufre…………………………………………………………………………………..………...Pág.36

2.3.2 Micronutrientes………………………………..……………………………....Pág.36
A) Boro……………………………………………………………………………………………....Pág.36
B) Cobre……………………………………………………………….……………………….……Pág.37
C) Hierro…………………………………………………………………….……………………….Pág.37
D) Magnesio……………………………………………………………………….………….…….Pág.37
E) Zinc…………………………………………………………………………………………….....Pág.38

2.3.3 Semillero………………………………………………………………….….....Pág.38
2.3.4 Fibra de coco……………………………………………………..………........Pág.38
2.3.5 Semilla de lechuga romana………………………………………..….……...Pág.39
2.3.6 Canastilla…………………………………………………………………….....Pág.39

2.4 Control del dispositivo ultrasónico basado en temperatura y
humedad………………………………………………………………………..…..Pág.40
2.4.1 Problema de control de humedad y temperatura………………………....Pág.40
2.4.2Como lo vamos a desarrollar……………………………………………...…Pág.40
DISEÑO DE UN DISPOSITIVO ULTRASÓNICO PARA EL USO DE AEROPONÍA.

2.5 Programa de control………………………………………………………..Pág.41
2.5.1 Explicación del programa…………………………………………………...Pág.42

Capitulo 3. Pruebas y Resultados……………………………….Pág.45
3.1 Desempeño del dispositivo ultrasónico………………………………....Pág.45
3.1.1 Primeras pruebas del dispositivo ultrasónico antes de que fuera
encapsulado…………………………………………………………..…….…….......Pág.46
3.1.2 Prueba del dispositivo ultrasónico encapsulado….……………………...…Pág.47
3.1.3 Prueba de.l control de humedad y temperatura….…………………..........Pág.48
3.1.4 Explicación del control………………….………………………………..…....Pág.49
3.1.5 Medición de Temperatura y Humedad…………….…….……...…………...Pág.50
3.1.6 Medición de Propagación del Sonido en el Agua....………………………..Pág.51
3.1.7 Retroalimentación del Consumo del Agua……………………….………....Pág.51
3.1.8 Tiempo de Cosecha de la Lechuga………………………………………......Pág.52

CONCLUSIÓN..............................................................................Pág.54
BIBLIOGRAFIA………………………………………………………Pág.55
REFERENCIAS………………………………………………………Pág.56
APÉNDICE……………………………………………………………Pág.57
ANEXOS………………………………………………………………Pág.58
DISEÑO DE UN DISPOSITIVO ULTRASÓNICO PARA EL USO DE AEROPONÍA.

OBJETIVO

Diseñar y construir un dispositivo ultrasónico, para utilizarlo en el proceso de Aeroponía,
mejorando el rendimiento productivo.

1
DISEÑO DE UN DISPOSITIVO ULTRASÓNICO PARA EL USO DE AEROPONÍA.

INTRODUCCIÓN
Se desarrolla un dispositivo ultrasónico con sensor de humedad y temperatura controlado por
una tarjeta de adquisición de datos llamada ARDUINO UNO, para los principios elementales y
fundamentales de la aplicación llamada Aeroponía.
El desarrollo de esta tesis esta empleado para el uso de la Aeroponía, tomando como base los
problemas de la agricultura. Esto es con gran futuro en el aspecto ecológico a nivel mundial, el
método de la alimentación a plantas mediante ondas ultrasónicas en un entorno de
nebulización1 aéreo nos proporciona una oportunidad de cultivar, ya que la utilización de este
sistema puede adaptar las condiciones especificas para el buen crecimiento de las plantas, sin
importar las condiciones externas del medio ambiente.
El dispositivo ultrasónico tiene un funcionamiento llamado “Piezo - Electricidad” este fenómeno
es el que se encarga de hacer comprimir y expandir el cristal de cuarzo para generar ondas
ultrasónicas que a su vez hace que haya una reacción física 2en el agua y así obtener una
nebulización.
El dispositivo realiza la particularidad de alimentar a las plantas en un entorno aéreo o de
niebla, para que a su vez estas sean irrigadas de forma optima logrando un gran beneficio en
su crecimiento.
Humedad
Tomando en cuenta la dificultad que existe para controlar la humedad dentro de la Aeroponía,
y en este caso de las plantas de lechuga que es del orden del 60% - 80% de variación, que
depende de las condiciones climáticas de cada zona, por lo que deberán hacerse correcciones
hasta determinar el rango de producción para cada área o región en particular, esto se
soluciona empleando el dispositivo ultrasónico.
Los dispositivos ultrasónicos producen una nebulización del agua a través de vibraciones de
alta frecuencia, son extremadamente seguros, silenciosos, con flujo regulable y de muy bajo
consumo (típicamente de 20W a 35 W). Su uso típico es la restauración de la humedad relativa
durante largos períodos de tiempo.

1 Nebulización: consiste en la formación de partículas líquidas muy pequeñas que permanecen mezcladas en
suspensión con el gas
2
Física: Ciencia que estudia las propiedades de la materia y de la energía, considerando tan solo los atributos capaces
de medida.
2
DISEÑO DE UN DISPOSITIVO ULTRASÓNICO PARA EL USO DE AEROPONÍA.

Temperatura
La temperatura para el proceso de crecimiento de las lechugas es de 14°-18° grados
centígrados. Las variaciones dentro del dispositivo ultrasónico pueden ocasionar graves
problemas, sobre todo retraso en el crecimiento de las plantas, por lo que es aconsejable llevar
un registro, con el objeto de prever y corregir las oscilaciones.
Control.
Para hacer funcionar el dispositivo es necesario la utilización de una tarjeta de adquisición de
datos llamada ARDUINO UNO y un sensor de humedad3 y temperatura4 el cual nos va a decir
el rango que tenemos que ocupar para la adecuada irrigación de nuestras hortalizas.
La manipulación del dispositivo ultrasónico es por medio de un programa que controla la
humedad y temperatura.

3 Humedad: Cantidad de vapor de agua presente en el aire.
4 Temperatura: Cualidad que representa el estado térmico de los cuerpos y es un valor indicativo de la energía cinética
de las moléculas de dichos cuerpos
3
DISEÑO DE UN DISPOSITIVO ULTRASÓNICO PARA EL USO DE AEROPONÍA.

JUSTIFICACIÓN

El cambio climático en nuestro planeta ha provocado estragos en todos los
ecosistemas, los cuales han generado que la agricultura sufra las consecuencias, en el caso
que nos ocupa las hortalizas han dejado de crecer por las variaciones en las propiedades tanto
del suelo como del ambiente, es por ello que se plantea solucionar este problema diseñando un
sistema de crecimiento mediante ondas de ultrasonido5, para en un determinado tiempo lograr
recuperar los ecosistemas y cultivar cualquier tipo de planta en el lugar que se desee.

5 Ondas de ultrasonido: Es una onda sonora cuya frecuencia supera el límite perceptible por el oído humano (es decir,
el sonido no puede ser escuchado por las personas ya que se ubica en torno al espectro de 20.000 Hz).

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