Proyecto Huevo de Codorniz

Capítulo 1

Presentación de la problemática

En la actualidad se vive un ambiente paradójico: por un lado todos nos preocupamos

por la salud y por estar en forma, y por otro, la obesidad y las enfermedades asociadas

al exceso de peso siguen creciendo en forma desmedida.

Es por eso que hoy en día se está dando una revolución alimentaria alrededor del

mundo. Esto se debe a los crecientes problemas de salud originadas simplemente por

una mala dieta y estilo de vida.

Y es así como surge un mundo de paradojas, en donde el colesterol elevado,

la hipertensión y la obesidad son los protagonistas. Nunca hubo tanta información

sobre como comer en forma sana y equilibrada y al mismo tiempo tanta confusión al

respecto.

En la actualidad, los huevos de codorniz son considerados como un “bocadito

saludable y altamente nutritivo”, pues es un producto bajo en colesterol y con alto valor

nutricional en comparación con los huevos de gallina. De acuerdo a estudios

realizados por la Facultad de Medicina Veterinaria de la Universidad Nacional Mayor

de San Marcos1, muestran que el huevo de codorniz difiere al de la gallina en cuanto

a una composición mayor de proteínas, vitaminas y minerales, por lo cual permite ser

un producto atractivo al segmento de mercado que gusta de comida nutritiva y con

bajo contenido en colesterol.

Tomando en cuenta la tendencia de las sociedades por el consumo de alimentos

nutritivos y con bajo contenido de colesterol, y la creciente tendencia de problemas de

salud relacionados al consumo de alimentos no saludables, se ha decidido realizar el

estudio para la implementación, producción y comercialización de una maquina

automática peladora y dispensadora de huevos de codorniz.

Si bien es cierto que los huevos de codorniz cocidos ya son comercializados en los

mercados de Lima y provincias, también es cierto que no se cuenta con los

1 http://sisbib.unmsm.edu.pe/bvrevistas/veterinaria/v13_n1/estu_anatomo.htm

requerimientos de calidad o normas sanitarias2 que deben cumplir estos productos en

el mercado local.

Finalmente, es muy importante determinar el nivel de aceptación de este producto, ya

que al ser un producto novedoso, esto permitirá conocer si existe un mercado con una

demanda sostenible, teniendo como referencia que el consumidor conoce el producto

(huevo de codorniz), ya que este se vende de manera informal en mercados a nivel

nacional.

Capítulo 2

Requerimientos del sistema mecatrónico y presentación del concepto 2 LEY DE INOCUIDAD DE LOS ALIMENTOS “Decreto Legislativo N° 1062”

2

2.1 Requerimientos del sistema mecatrónico

El dispensador de huevos posee las siguientes dimensiones: 1.4 m de alto, 0.55 m de

largo, 0.42 m de ancho; ocupando así un volumen total de 0.294 m3. Debido a que los

materiales usados en su mayoría son de acero inoxidable y acero SAE 1020 el peso

de la maquina en su totalidad es de aproximadamente 75 kg. En cuanto al sistema

hídrico contamos con un tanque marca PBEX, de material Resina plástica polietileno,

con un volumen de 20 litros pudiendo de este modo abastecer al mecanismo sin

inconvenientes durante su funcionamiento.

El dispensador consta con una capacidad de 500 huevos, de los cuales pasan al

proceso de hervido en grupos de 20 huevos y finalmente son expendidos en grupos de

5 unidades.

En requerimiento eléctrico se hace por medio de una toma común eléctrica, debido

principalmente a la facilidad de su ubicación además que puede cubrir las necesidades

de este tipo a cabalidad.

El dispensador es altamente autónomo, necesitando únicamente del operario en

tareas básicas tales como introducir los huevos en el almacén, llenar el tanque con

agua, conectar la maquina a la fuente eléctrica y retirar los desperdicios de la

máquina, funciones que puede realizarlas una vez al día, disminuyendo de este modo

gastos en materia humana.

2.2 Concepto de la solución

3

4

Fig2.2-1. Vista isométrica del sistema.

El sistema se plantea desde un almacenamiento de huevos de codorniz previamente lavados hasta la entrega de porciones de 5 cada una, con procesos intermedios de: cocción, descascarado y calefacción previo a la entrega. Los pedidos se generan bajo la orden del cliente, luego de haber ingresado la moneda y presionar un botón.

El almacén inicial es una caja con distintos desniveles separados en 5 carriles; en la parte inferior hay una compuerta que controla el paso de los huevos hacia la olla. Ésta es de acero inoxidable y en su interior tiene un colador que se elevará mediante un motor. Luego, se volcará sobre un tope que se encuentra en el borde interno de la olla haciendo rodar a los huevos hacia un embudo que desemboca en la caja de descascarado.

El proceso de descascarado se realiza mediante una helicoide que transporta los huevos hacia el almacén final mientras se hace rozar a éstos con unos tubos ásperos y de esta forma poder arrancar la cascara. Mientras el huevo es transportado se le rocía agua, ya que el rozamiento podría terminar deshaciéndolo.

En el almacén final se busca mantener a los huevos calientes estando así completamente listos para su entrega, que consiste en girar un aspa que dirige a los huevos hacia una compuerta, donde un sensor de presencia confirmará su salida.

El envase donde se servirán los huevos son vasos de plástico, éstos también serán dispensados. Este mecanismo es muy sencillo, un resorte sostiene a los envases desde el borde; al girarlo una vuelta el último envase ya no será sostenido y caerá para que el usuario pueda recibir su orden.

5

Fig2.2-3. Vista frontal del sistema.

Fig2.2-3. Vista auxiliar del sistema mecatrónico sin estructura.

Capítulo 3

Sistema mecatrónico

3.1 Diagrama de funcionamiento del sistema mecatrónico

Los procesos involucrados en el sistema mecatrónico diseñado se rigen bajo el diagrama de bloques ilustrados en el gráfico de la figura 3.1.

El ciclo de procesamiento empieza en el sistema de almacenaje inicial, en donde un operario debe colocar los huevos de codorniz ya lavados y de forma ordenada según la configuración de nuestro almacén de huevos crudos. Este almacén inicial de huevos crudos puede albergar, como máximo, hasta 500 huevos, los cuales van a tener que ser repuestos cada 3 o 4 días por el operario a cargo del mantenimiento de la máquina. El almacén cuenta con un sistema completamente automático que dispensa los huevos hacia el sistema hervidor.

El sistema hervidor consiste en una olla de acero inoxidable calentada por medio de una hornilla eléctrica, en donde la temperatura será controlada por medio de la tarjeta de control. Los tiempos de cocción de los huevos crudos, a partir de agua fría y agua caliente, han sido calculados mediante pruebas de concepto. Este tiempo nos servirá para temporizar este proceso de hervido.

Finalizada la etapa de cocción se activa un mecanismo de separación que consiste en un colador de acero inoxidable diseñado para retirar los huevos del agua hirviendo en un movimiento vertical. Este movimiento vertical será realizado con un motor, imitando el funcionamiento de una grúa. Asimismo, se usará un sensor de fin de carrera (limit switch), el cual nos indicara si nuestro colador llego a la altura tope.

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Fig3.1: Diagrama de funcionamiento

A continuación, los huevos luego son vertidos hacia el sistema de descascarado, el cual está constituido por una helicoide y dos rodillos ásperos que, juntos, desarrollarán la función de pelar la cascara de los huevos de codorniz ya cocidos.

Por último, se encuentra el sistema de dispensado final de huevos. En esta etapa, el dispensado se realizara por medio de un motor que hará girar una aspa, la cual entregara el pedido realizado por el cliente (1 porción = 5 huevos).

3.2 Sensores y actuadores

Micro Metal Gearmotor

Marca: Pololu Modelo: 100:1Código: 992

Ubicación: Sobre la compuerta del dispensador de huevos. Función: Permite el paso de 5 huevos por ciclo de trabajo a la olla principal.

Fig3.2-2: Imagen de la posición del motor en el diseño final

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Fig3.2-1: 100:1 Micro Metal Gearmotor MP

Tamaño: 24 x 10 x 12 mm

Peso: 9.64 g

Diámetro del

eje:3 mm

http://www.pololu.com/catalog/product/2367/specs


Metal Gearmotor 25Dx54L mm

Marca: PololuModelo: 99:1Código: 1587

Ubicación: Parte superior de la olla principal. Función: Levanta o desciende la tapa de la olla según el requerimiento.




Ubicación: Parte superior de la helicoide. Función: Acciona la helicoide durante la etapa de pelado.

8

Fig3.2-3: Metal Gearmotor 25Dx54L

mm

Tamaño: 25D x 54L mm

Peso: 90.7 g

Diámetro del eje: 4 mm



Peso: 9.64 g

Diámetro del

eje:3 mm



http://www.pololu.com/catalog/product/1587





Ubicación: Parte inferior de la helicoide. Función: Acciona la hélice durante el expendio de huevos para llevarlos al

exterior.


9



Peso: 9.64 g

Diámetro del

eje:3 mm





Ubicación: Empotrado en la cara interior frontal de la expendedora. Función: Permite el expendio de recipientes (vasos) los cuales contendrán los

huevos.


Digital Distance Sensor 5cm

Marca: Pololu Modelo: GP2Y0D805Z0FCódigo: 1132

Se usan dos sensores en el sistema, el primero:

Ubicación: Empotrado en la parte superior de la salida de los huevos. Función: Permite controlar la cantidad de huevos expendidos.

10


Peso: 9.64 g

Diámetro del

eje:3 mm


Fig3.2-9: Digital Distance Sensor 5cmMáximo rango: 5 cm

Mínimo rango: 0.5 cm

Frecuencia de muestro: 390 Hz




El segundo:

Ubicación: Entre los correctores del vaso. Función: Permite saber si el vaso está en posición para recibir los huevos.

Sensor de temperatura

Marca: Texas Instruments Modelo: TO-220Código: LM35

Ubicación: En contacto directo con la superficie externa de la olla.

Función: Permite controlar la temperatura del agua en el proceso de cocción.

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Fig3.2-11: Sensor de temperature LM35

Fig3.2-11: Imagen de la posición del sensor en el diseño final

Coin acceptor

Marca: Wafer Modelo: CPU Multi-coin coin acceptorCódigo: CH-923

Ubicación: Parte frontal de la expendedora. Función: Ejecuta el cobro por la venta de las porciones.

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Fig3.2-12: Coin acceptor

Fig3.2-13: Imagen de la posición del sensor en el diseño final

3.3 Planos del sistema mecatrónico

Todos los planos mecánicos se encuentras en el anexo, al final del informe.

3.4 Diagramas esquemáticos de los circuitos del sistema mecatrónico:

Fig. 3.1: Tarjeta micro-controladora

13

La Figura 3.1 muestra el diagrama esquemático de nuestra tarjeta micro-controladora.

Esta tarjeta tiene como función el controlar todos los procesos inherentes a nuestra

maquina peladora y dispensadora de huevos de codorniz. De este modo, recibirá y

procesara la información de los sensores, y activará todos nuestros actuadores de

acuerdo a las señales emitidas por el micro-controlador.

Fig. 3.2: Tarjeta puente H con L298

14

La Figura 3.2 muestra el diagrama esquemático de nuestra tarjeta puente H con

L298. Dos de nuestros cinco motores serán controlados por esta tarjeta, debido a

que es necesario controlar el giro de los motores (horario o anti-horario), lo cual se

logra fácilmente con este puente H, mediante las señales de nuestra tarjeta de

control. Por otro lado, el L298 entrega 2A por canal, lo cual es suficiente para

nuestros motores.

Fig. 3.3: Tarjeta fuente de voltaje

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La Figura 3.3 muestra el diagrama esquemático de nuestra fuente de voltaje. En los

anexos se explica detalladamente los cálculos correspondientes al valor del condensador

y a la elección del puente de diodos. En el caso de los condensadores, se puso 3

condensadores en paralelo que actuaran como uno de 6600uF/50V. Esta tarjeta se

conectara directamente a la toma de corriente y por medio del transformador se obtendrá

6V DC y una corriente máxima de 2.5 A, la cual alimentara a nuestros actuadores.

Asimismo, la salida del LM7805 alimentara la parte digital de nuestro puente H con L298

y la tarjeta micro-controladora

Fig. 3.4: Tarjeta controladora de motores con IRF540

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La figura 3.4 muestra el diagrama esquemático de nuestra tarjeta controladora de

motores con IRF540. Tres de nuestros cinco motores serán controlados por esta

tarjeta, debido, principalmente, a que estos motores sólo girarán en un sentido. Con

respecto al control de estos motores, nuestra tarjeta micro-controladora enviará pulsos

PWM para la activación de nuestros motores.

Inicio

Inicializar puertos y variables

Activar interrupción del ICP

Activar motor del dispensador inicial (sentido horario) durante 2 segundos.

Entregar huevos

No

Sí

No

Sí

Pedidos>0

Huevos listos >20

Cocinando = 1

Huevos listos >=5

Sí

No

Abrir válvula para la olla mediante servo

Cuenta de 30 segundos

Cerrar válvula para la olla mediante servo

No

A

3.5 Diagrama de flujo del programa de control

Programa principal: Empieza con la inicialización de los puertos y variables a usar, luego llena la olla para poder hervir y cocinar. Al final es un bucle donde está a la espera de algún pedido, mientras tanto la cantidad de huevos listos (en el almacén final) tiene que ser mayor a 20 pudiendo llegar hasta un total de 45, generando o no la orden de cocinar de 30 huevos. Para esto se usa un registro “Cocinando”, que es una bandera para no volver a poner huevos en la olla si es que aún hay algunos cocinándose.Se usaran 3 interrupciones en total: una externa que se genera tras el pedido del usuario; dos internas, una del sensor de temperatura (ADC) y otra del timer que servirá para concluir la cocción de los huevos y proceder con el pelado y almacenado final respectivamente.

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Activar motor del dispensador inicial (sentido antihorario) durante 2 segundos.

Activar relé de la resistencia eléctrica

Activar interrupción de ADC

Parada de motor dispensador inicial

Cocinando = 1A

Inicio

Leer señal

Activar timerTemperatura > 100

Deshabilitar interrupción del ADC

No

Si

Fin

Interrupción del ADC: El ADC se configurara en modo free run, para que en todo momento que la interrupción está habilitada se mida la temperatura continuamente (procede con la interrupción cada vez que termina una adquisición). Apenas se llega a la temperatura deseada se inicia la cuenta de 4 minutos y se deshabilita la interrupción del propio ADC.

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Inicio

Pedidos = pedidos +1

Fin

Inicio

Deshabilitar relé de la hornilla eléctrica

Activar bandera de interrupción

Fin de carrera

Activar motor de la tapa (sentido horario)

Desactivar interrupción del timer

Activar motor del pelador

Abrir válvula de goteo mediante servo

Si

No

Interrupción del ICPSe genera tras insertar la moneda correcta y presionar el botón. Pedidos es una variable almacenada en un registro interno que se encarga de contabilizar las porciones que faltan entregar.

Interrupción del timerTras la cuenta de 4 minutos, lo primero que se hace es desactivar la interrupción del timer para que no se generen conflictos con el propio timer en su propia interrupción. Pero mientras se realiza todo este proceso, si se puede interrumpir y en este caso solo lo podrá hacer el ICP, ya que el ADC se deshabilito anteriormente. La interrupción dura hasta que los huevos lleguen al almacén final aumentando en 30 la cantidad de huevos listos. La bandera interna “Cocinando” se regresa a 0, ya que se culminó ese proceso. Adicionalmente, cada 5 veces que se cocine se rellenará de agua.

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Huevos listos = Huevos listos + 30

Fin

Activar motor de la tapa por 5 segundos (sentido antihorario)

Cocinando = 0

Cerrar válvula de goteo mediante servo

Número Hervidas = Número Hervidas + 1

Número Hervidas = 5Abrir válvula para la olla

mediante servo


Cerrar válvula para la olla mediante servo

Numero Hervidas = 0

Leer señal del sensor de presencia para vasos

Huevos entregados = 0

Activar motor dispensador vasos

Inicio

A

Entrega huevosUsa una variable denominada “Huevos entregados” que comienza en 0 y va aumentando según el sensor de presencia detecte los huevos en la salida. Este proceso culmina al reconocer 5 huevos concluyendo con el pedido del usuario.

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Leer señal del sensor de presencia para huevos

Señal activa

Huevos entregados = Huevos entregados + 1

Desactivar motor dispensador final

Pedido = Pedido - 1

Fin

Huevos entregados = 5

Señal activa

Activar motor dispensador final

Desactivar motor dispensador vasos

Si

No

No

No

Si

Si

A

Capítulo 4

Presupuesto: A continuación se presentan las tablas con los componentes de la máquina y sus respectivos precios.

21

Tabla 4-1: Presupuesto de elementos mecánicos

Componentes mecanicos para el ensamblajeProducto Cantidad P. unitario Sub totalValvula esferica 1/2" 2 18.5 37Abrazadoras 1/2" 4 1.6 6.4Manguera de nivel 3/8" (6 metros) 6 0.5 3Cable de acero forrado 3mm 3 1.6 4.8Tirador rectangular 64mm 1 6.7 6.7Bisagra acero inoxidable 4x4" 3 21.9 65.7Perno hexagonal + tuerca 3/8"x1 1/2" x 4 unid. 7 1.5 10.5Arandela 3/8" x 10 unidades 3 0.9 2.7Perno hexagonal + tuerca 3/16"x1 1/2" x 4 unid. 1 1 1Arandela 3/16" x 10 unidades 1 0.5 0.5

138.3

Tabla 4-2: Presupuesto de fuente de voltaje

TARJETA FUENTE DE VOLTAJEDescripcion Cantidad P. unitario Sub totalTransformador 6V/30W 1 50.00 50.00Fusible 4A 1 1.20 1.20Diodo 1N 4004 2 0.10 0.20 Regulador LM7805 1 0.80 0.80 Bornera 2P 10 0.50 5.00 Condensador 0.1uF cerámico 1 0.10 0.10 Condensador 2200uF/50V electrolícitico 3 0.80 2.40

Tabla 4-3: Presupuesto de controlador de motores

CONTROLADOR MOTORES L 298Descripcion Cantidad P. unitario Sub totalDiodo 1N 5818 8 0.10 0.80 Condensador 100 nF cerámico 2 0.10 0.20L298 1 8.50 8.50 Bornera 2P 4 0.50 2.00 Espadines macho 1 0.80 0.80

12.30

Tabla 4-4: Presupuesto de controlador con Mosfet

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CONTROLADOR MOTOR CON MOSFETDescripcion Cantidad P. unitario Sub totalDiodo 1N 4004 3 0.10 0.30 Resistencia 2.2K 6 0.03 0.20 Mosfet IRF 540 3 2.00 6.00 Bornera 2P 2 0.50 1.00 Espadines macho 1 0.80 0.80

8.30

Tabla 4-5: Presupuesto de tarjeta de control

MICROCONTROLADOR ATMEGADescripcion Cantidad P. unitario Sub totalBobina 100uH 1 0.80 0.80Bornera 2P 1 0.70 0.70Reistencia 10k 3 0.03 0.10Pulsador 4 pines 1 0.30 0.30Condensador 100nf cerámico 2 0.10 0.20Espadines macho 4 0.80 3.20Atmega 8L 1 9.00 9.00

Tabla 4-6: Sensores y actuadores importados

SENSORES Y ACTUADORES IMPORTADOSDescripcion Cantidad P. unitario Sub total#992 100:1 Micro Metal Gearmotor 2 15.95 31.9#1587 99:1 Metal Gearmotor 25Dx54L mm 1 19.95 19.95#1097 150:1 Micro Metal Gearmotor 1 15.95 15.95#1095 250:1 Micro Metal Gearmotor 1 15.95 15.95#1057 Power HD High-Torque Servo 1501MG 2 19.95 39.9#1132 Digital Distance Sensor 5cm 2 6.95 13.9CH-923 Coin Selector 1 18.40 18.4SPDT Micro Switch Limit 1 8.30 8.3

164.25 Impuesto (80%) 131.40 S&H (Pololu) 41.95

Tasa de cambio = 2.6 S&H (Aliexpress) 12.63Total (Dólares) 345.90

23

Tabla 4-7: Otros componentes

OTROS COMPONENTESDescripcion Cantidad P. unitario Sub totalOlla Record de acero inoxidable 1 125 125Hornilla eléctrica 1500 W 1 35 35Rele 220V/4Amp 1 2.50 2.50Heat sink para L298 1 1.00 1.00Tanque 20 litros PBEX 1 15 15

178.50

Tabla 4-7: Presupuesto de manufactura de metal-mecánica

MANUFACTURA METAL-MECÁNICADescripcion Material Cantidad Sub total

Piezas de dispensador de huevos según plano 25 piezas 2,570.40 Acero inoxidable y acero SAE 1020

El costo total de realizar este sistema mecatrónico es S/. 3881.14.

24

Capítulo 5

Conclusiones

Una evaluación previa al diseño del proyecto nos permite inferir que existe un nicho asequible en el mercado para nuestro producto. En particular, las ventajas competitivas frente a otros comestibles del tipo snack que posee el huevo de codorniz son determinantes para nuestro interés en el desarrollo de este novel método productivo. Las tecnologías involucradas no son nuevas en el mercado, pero conseguimos llevar el proyecto más allá integrando todas las etapas del proceso desde su hervido hasta las manos del cliente de forma efectiva e higiénica.

La experiencia completa es novedosa e interesante para el consumidor quien, pese a los temores detectados en nuestro estudio del mercado, podrá gozar de renovada confiabilidad en un producto tan tradicional. Este mencionado temor será nuestra mayor dificultad en la inserción de la maquina al mercado común, por ello proponemos ludificar y distinguir el diseño final y los acabados de la máquina para orientarla a centros comerciales y ferias, en donde precisamente lo atractivo es lo nuevo.

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Bibliografía

BOYLESTAD, Robert L.2003 Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos.

Octava edición. México. Pearson Educación

ATMEL“Atmega8L”. Consulta 15 de noviembre de 2012.<http://www.atmel.com/images/doc2486.pdf>

INTERNATIONAL RECTIFIER“Heat Sink: Application Notes”. Consulta 20 de noviembre de

2012.< http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-1057.pdff>

BALOGH, Lazlo“Design and application guide for high speed MOSFET gate driver circuits”. Consulta 15 de noviembre de 2012.< http://www.ti.com/lit/ml/slup169/slup169.pdf>

UNIVERSIDAD DE MINNESOTA“Understanding DC Motors”. Consulta 23 de noviembre de 2012.<http://www.me.umn.edu/courses/me2011/arduino/technotes/dcmotors/motor-tutorial/index.html>

26

Anexo 1: Cálculos de la parte electrónica

TARJETA: FUENTE DE VOLTAJE

Debido a que se eligió un transformador de 6 V y 15 VA, entonces calcularemos en base a esta información:

1. Calculamos la corriente que es capaz de suministrar el transformador para determinar si será suficiente. Esta corriente tendrá que ser superior a la máxima corriente que consumen todos nuestros circuitos que vamos a alimentar. La máxima corriente que nuestro circuito requerirá es 2.2 A:

2. Calculamos el valor del condensador de entrada (C1) para obtener un valor de rizado menor al 1 V. El valor de la corriente esta en mA y el condensador en uF:

3. Observamos que este valor de capacitación es comercial. Sin embargo, para ahorrar costos se optó por usar tres condensadores en paralelo de 2200uF/50V que tendrán el mismo funcionamiento. Ahora calcularemos el voltaje dc del filtro (condensador). El voltaje pico de la salida del rectificador del circuito es

Vm=6∗√2−2∗0.7=7.085V

4. Ahora necesitamos saber la corriente máxima (Ip) que nuestro puente de diodos debe soportar. Para ello hallamos el valor del rizo ‘r’ y luego buscando

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I t=156

=2.5 A

V r=2.4∗IC1

1=2.4∗2500C1

C1=6000uF

V dc=V m−4.17∗IC1

V dc=7.085−4.17∗25006600

V dc=5.875V

Vemos que el I t>ImaximaCUMPLE EL REQUERIMIENTO

V r=2.4∗IC1

V r=2.4∗2500

6600

V r=0.90V

Nuevo voltaje de rizado Voltaje pico de salida

en la gráfica, podemos obtener el valor máximo de corriente que circula por nuestro puente de diodos:

FigA1.1: Gráfica Ip/Idc vs R

TARJETA: CONTROLADOR DE MOTOR CON IRF540 (UN SENTIDO DE GIRO)

Los mosfet son dispositivos que se activan por tensión y no por corriente. Aun así,

para poder encender y apagar los mosfet es necesario cargar ciertas

capacitancias parasitas del gate (puerta). Mediante la resistencia del gate se

puede determinar la velocidad de carga de estas capacitancias de puerta,

controlando a su vez la velocidad de conmutación de este semiconductor.

28

r=V r

V dc

×100=17.62 %

De la gráfica:

I p=3.5∗I dc

I p=3.5∗2.5=8.75 A

Debido a que el pico de corriente es alto, entonces nuestro puente de diodos debe resistir esta corriente máxima. Por ello, escogimos un puente de diodos que soporte hasta 12 A (Valor comercial).

Entonces, por lo dicho anteriormente, es usual usar valores que fluctúan entre 1K

a 10K para que la conmutación sea rápida. En este caso usaremos una

resistencia de 2.2K.

TARJETA: CONTROLADOR DE MOTOR (CON L298)

Se usan capacitancias de 100nF entre V digital y V potencia , a GND por recomendación

del fabricante del producto. Con respecto a los diodos, no usamos rectificadores

1N4004 sino que usamos Diodo de Schottky (1N5818) ya que estos funcionan

como interruptores veloces y se usan para circuitos de alta velocidad. Esta alta

velocidad de conmutación permite rectificar señales de muy altas frecuencias y

eliminar excesos de corriente en circuitos de alta intensidad.

29

TARJETA: MICRO-CONTROLADOR

Se debe considerar que no se puso un regulador de voltaje a +5V en la tarjeta de

micro-controlador ya que nuestra fuente entrega este voltaje ya regulado.

Asimismo, el valor de la resistencia de 10K ubicada entre la alimentación ‘+5V’ y el

pin de RESET (resistencia en pull-up). Usualmente, esta resistencia puede variar

desde 1K a 10K. Con respecto al uso de la inductancia de 100uH, esta nos ayuda a

eliminar el ruido, es decir, actúa como un filtro pasa bajo.

Por otro lado, el fabricante (Atmel) recomienda el uso de las dos capacitancias de

100nF entre los pines de Vcc y GND. No se hace uso de un cristal, ya que con el

reloj interno del ATmega8 es suficiente ya que no necesitamos gran precisión con

respecto al tiempo. El reloj interno del ATmega8 tiene un error de ±3% de la

frecuencia nominal, este error se puede reducir a ±1% usando los métodos de

calibración descritos en la hoja de datos. El error es aceptable para los

requerimientos del sistema. Nuestra tarjeta también cuenta con los pines ICSP (In

Chip Serial Programmer) para poder programar el micro-controlador.

30

FigA1.2. Conexiones de los pines del L298

FigA1.3. Conexiones de los pines del Atmega8L

El torque máximo ejercido sobre el eje del motor es:

T=F∗dT=n∗m∗senθ∗g∗d

T=50∗0.01∗sen10 °∗9.81∗0.05T=0.0426 N .m=0.4347kg−cm

La potencia suministrada por el motor:P=V∗I

P=6∗0.19456P=1.1674 W

La potencia requerida es menor que la suministrada

Datos:n = número de huevosm = masa de un huevo (kg)θ = ángulo de inclinación g = gravedad (m/s^2)d = distancia de fuerza al eje (m)w = velocidad angular (rad/s)V = voltaje (V)I = corriente (A)

La potencia requerida: P=T∗w

P=0.0426∗60∗2∗π60

P=0.2677W

La corriente se aproxima linealmente según el torque:

I=(360−40 )∗0.4347

0.9+40

I=194.56mAT=0.0426 N .m=0.4347kg−cm

Anexo 2: Cálculos de la parte mecánica

100 :1 Micro Metal Gearmotor (992)

Función: Controla la compuerta del dispensador inicial hacia la olla.

31

Gear ratio: 100:1

Free-run speed @ 6V: 120 rpm

Free-run current @ 6V:

40 mA

Stall current @ 6V: 360 mA

Stall torque @ 6V: 0.9 kg-cm


T=F∗dT=(n∗m∗g+w)∗d

T=(30∗0.01∗9.81+9.81∗2.5)∗0.0125T=0.34335 N .m=3.5036kg−cm

Datos:n = número de huevosm = masa de un huevo (kg)g = gravedad (m/s^2)w = peso de la cuchara y tapad = distancia de fuerza al eje (m)w = velocidad angular (rad/s)V = voltaje (V)I = corriente (A)

La potencia requerida:P=T∗w

P=0.34335∗40∗2∗π60

P=1.4382W


P=6∗1.02021P=6.1213W

Datos:n = número de huevosm = masa de un huevo (kg)g = gravedad (m/s^2)d = distancia de fuerza al eje (m)w = velocidad angular (rad/s)V = voltaje (V)I = corriente (A)


I=(2200−80 )∗3.5036

7.9+80

I=1020.21mA

99:1 Metal Gearmotor 25Dx54L m m

Gear ratio: 99:1



80 mA



Función: Se encarga de levantar la tapa y la cuchara donde están los huevos cocidos.

150:1 Micro Metal Gearmotor

Gear ratio: 150:1



40 mA



Función: Encargado del giro de la helicoide en el sistema de pelado.

32


T=F∗dT=(n∗m∗g)∗d

T=(35∗0.01∗9.81)∗0.01T=0.03434 N .m=0.3504 kg−cm


P=0.03434∗60∗2∗π60

P=0.2158W




I=(360−40 )∗0.3504

1.2+40

I=133.44mA


I=(360−30 )∗1.4126

2.3+30

I=232.677mA

250:1 Micro Metal Gearmotor (1095)

Gear ratio: 250:1


Free-run current @ 6V: 30 mA



Función: Se encarga de girar el aspa en el dispensado final.

33

La potencia suministrada por el motor:

P=V∗IP=6∗0.13344P=0.8001W

Datos:n = número de huevosm = masa de un huevo (kg)g = gravedad (m/s^2)Ɵ = ángulo de inclinaciónu = coeficiente de fricción (tan(Ɵ))d = distancia de fuerza al eje (m)w = velocidad angular (rad/s)V = voltaje (V)I = corriente (A)

El torque máximo ejercido sobre el eje del motor es: T=F∗d

T=(n∗m∗g∗sen (Ɵ )+u∗n∗m∗g∗cos (Ɵ))∗dT=(45∗0.01∗9.81 ) (sen (6 )+ tan (6 )∗cos (6))∗0.15

T=0.1384 N .m=1.4126kg−cm


P=0.1384∗30∗2∗π60

P=0.4348W


P=6∗0.232677P=1.3961W


Se comprueba que en todos los motores la potencia suministrada es mayor a la requerida.

Power HD High-Torque Servo 1501MG (1057)

Speed @ 6V: 0.14 sec/60°

Stall torque @ 6V: 17 kg·cm

Speed @ 4.8V: 0.16 sec/60°

Stall torque @ 4.8V: 15.5 kg·cm

Función: Gira la manija de la válvula para el paso de agua.

34

El torque máximo ejercido sobre el eje del servo es (calculado experimentalmente):

T=F∗dT=(m∗g )∗d

T=(1.6∗9.81 )∗0.05T=0.7848 N .m=8kg−cm

Datos:m = disco sujetado al extremo de la manija de la válvula (kg)g = gravedad (m/s^2)d = distancia de fuerza al eje (m)


ANEXO 3: CALCULOS DEL HEAT SINK DEL L298:

Para nuestro puente H (L298) es necesario usar un heat sink, debido a que este tiende a sobrecalentarse por el alto amperaje que maneja. La potencia a disipar seria 12W:

Luego, la resistencia térmica del Heat Sink (Rsa) se define por:

Finalmente se debería escoger un Heat Sink que posea una resistencia térmica menor o igual a la hallada:

35

Leyenda:

Rjc = Resistencia térmica del integrado

Tj = Temperatura de operación

Ta = Temperatura ambiental

Q = Calor a disipar

Rcs = Resistencia térmica de silicona

Datos obtenidos del datasheet del L298:

Rjc = 3 °C/W

Tj = 130 °C

Ta = 30 °C

Q = 12 W

Rcs = 1.13 °C/W

R sa=(T j−T a )

Q−(R jc+Rcs )

R sa=(130−30 )

12−(1.13+3 )

R sa=4.4 ° C /W

http://assmann.us/specs/V8511W.pdf

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FigA3.1. Heat sink escogido.

Escogemos este modelo ya que su resistencia térmica es:

R sa=4 ° C /W

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