Universidad Autónoma Chapingo

Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola

Sistemas de Control Automático

Injertadora Automática de Jitomate (Solanum lycopersicum).

Docente: Dr. Eugenio Romanchik Kricuchkova

Alumno: Simón Bautista Bertín

Matrícula 1212425-2

Chapingo, México a Mayo 2016

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ÍndiceI. Introducción...................................................................................................................................................3

II. Objetivos........................................................................................................................................................5

III. Historia.......................................................................................................................................................5

III.1 Otras máquinas injertadoras................................................................................................................12

IV. Funcionamiento del Sistema en la máquina.............................................................................................13

IV.1 Componentes.......................................................................................................................................13

V. Diseño del sistema de control Automático...................................................................................................14

V.1 Sensor de presencia: por luz infrarroja.................................................................................................14

V.1.1 ¿Qué es Sensor de presencia?......................................................................................................14

V.1.2 Características...............................................................................................................................14

V.1.3 Diagrama.......................................................................................................................................15

V.1.4 Principio de funcionamiento.........................................................................................................15

V.1.5 Modelo matemático.....................................................................................................................16

V.2 Actuadores............................................................................................................................................16

V.2.1 ¿Qué es una válvula electro-neumática?......................................................................................16

V.2.2 Funcionamiento............................................................................................................................16

V.2.3 Secuencia de control.....................................................................................................................17

V.2.4 Características...............................................................................................................................17

VI. Control del sistema...................................................................................................................................17

VII. Funcionamiento del sistema de control automático................................................................................17

VIII. Conclusión................................................................................................................................................17

IX. Fuentes consultadas.................................................................................................................................17

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I. Introducción

Injerto: Unión fisiológica de partes distintas de plantas para conjugar las mejores características en una nueva planta (pueden ser distintas especies). PlantaNova (2010)

El injerto en hortalizas se hace para obtener las siguientes ventajas: Lograr resistencia / tolerancia a plagas y enfermedades transmitidas por suelo

Adquirir tolerancia a estrés hídrico. Pej. Salinidad.

Aumento de vigor: anclaje, desarrollo radicular, rápida recuperación en caso de daños

Aumento de rendimiento.

Proceso de injertado.El proceso de injertado comienza con la obtención del vástago (Cultivar a injertar) y el porta injerto (Cultivar con propiedades requeridas).

Fig1. Esquema del proceso de injertado.

Primer paso: Corte en el tallo de los cultivares sobre las hojas cotiledonares.

Segundo paso: unión de los tallos, haciendo coincidir los haces vasculares.

Tercer paso: Sujeción de los cultivares (clip de injertado, tubo de injertado, plástico de polietileno, ligas, entre otros.)

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Tabla.1.Problemas asociados con el injerto y el cultivo de plantulas de hortalizas injertadas. Jung-Myung (1994).

Factores Categoría Posibles medidas de mitigado

Labores Operación de injertadoDiseño especifico de cuchillas, aparatos injertadores, maquinas injertadoras, robots injertadores.

Cuidado pos injertoExperiencia necesaria y acondicionamiento automático de la cámara pos injertado.

Técnicas PatronesSelección acertada del porta injerto para el tipo de cultivar.

Manejo Aplicación de fertilizanteDiferente manejo de campo, reducción especifica de la aplicación del fertilizante.

Compatibilidad Senescencia no homogénea

Adecuada sincronización de la estación de crecimiento estacional así como selección y tipo de porta injerto

Crecimiento Excesivo crecimiento vegetativoReducción del fertilizante y humedad del suelo.

Desordenes fisiológicosAdecuada selección del porta injerto para reducir la excesiva absorción de agua y nutrimentos.

Calidad de la fruta Tamaño y formaParcialmente controlado con porta injertos

Apariencia Adecuado manejo cultural.

Sabor insípidoSelección de cultivar y porta injerto

Solidos solublesAdecuado control de la humedad del suelo.

Banda amarilla en la pulpaPodría aparecer en la pulpa roja de sandía.

Pudrición internaAplicación foliar de Ca y reducción de N

Coste Semillas del patrónUso de semillas baratas de porta injerto

Enraizamiento del Vástago

Enraizado externo Manejo cuidadoso durante el estado de plántula y en el

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trasplante.

Enraizamiento interno o fusionado

Cambio del método de injertado para evitar enraizamiento del vástago en la cavidad interna del hipocotilo en el portainjerto, que frecuentemente no puede ser reconocido externamente.

II. Objetivos Diseñar el sistema de control de una Maquina injertadora Automática de

Jitomate (Solanum lycopersicum).

III. Historia

La introducción de la mecanización y automatización también ayudará a abordar los problemas de producción a gran escala.

El manejo eficiente de las labores ha sido reconocido como la llave al excito en la producción en masas de plántulas injertadas. Robots injertadores semi o completamente automáticos fueron inventados por varias industrias de maquinaria agrícola (Kurata, 1994).

Acorde a Kobayashi (2005), el primer robot comercial injertador (serie GR800; Iseki & Co. Ltd., Matsuyama, Japón) estuvo disponible para cucurbitáceas en 1993 y entonces varios robots injertadores semi y completamente automáticos fueron presentados de nueve diferentes industrias internacionales de maquinaria en la Feria Internacional del Comercio Hortícola de Tokyo en 1996.

Kobayashi (2005) también notó que esos robots injertadores fueron desarrollados en otros paises, y un sistema semi automático para múltiples especies, incluyendo cucurbitaceas, miembros de solanaceas y rosaseas, se hicieron disponibles de Arnabat S.A. (Barcelona, España) en 2000. Otro robot semi automático para curcurbitaceas, similar al GR800 de Iseki, fue desarrollado en corea en 2004 (GR-600; Helper Robotech Co., Gimhae, Korea). Para robots injertadores completamente automáticos, en 1994, Yanmar Agricultural Equipment Co. (Osaka, Japón) introdujo el robot injertador AG1000 para solanaceas basado en un sistema de bandeja de 128 cabidades, en el cual una fila completa de ocho plántulas podía ser injertado al mismo tiempo, haciendo 1200 injertos por hora con un operador de asistente.

Desafortunadamente varios de esos robots injertadores introducidos en propagadores comerciales, entre 1990 y principios del 2000 se quedaron sub utilizados. Kobayashi (2005) apuntaba a varias cuestiones, incluyendo desafíos en la producción de plántulas de vástagos y porta injertos que cumplieran de manera constante el tamaño y las especificaciones de

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calidad requeridas por los robots injertadores.

Junto con la internalización de la tecnología de injertado y la demanda emergente de países como Estados Unidos de Norte América, donde la gestión laboral es un problema significante in la agricultura y en operaciones hortícolas, el mejoramiento de robots injertadores y la adaptación de tecnologías de producción de plántulas a la automatización es una necesidad inmediata.

Varios grupos de investigadores e Ingenieros en Japón actualmente trabajan en el mejoramiento de la relativamente vieja tecnología de robots injertadores o en el diseño de robots injertadores más flexibles. Uno de estos esfuerzos es un robot injertador completamente automático para cucurbitaceas, que fue reciente mente diseñado basándose en la versión de 1993 del robot semi automático GR800 de Iseki.

A continuación se presentan algunos modelos de Maquinas injertadoras:

• Para: Cucurbitaceas y solanaceas.• Productividad: 800 plant*hr -1• Componentes principales: grafting robot + tongs supplying device + compressor de

aire (2Hp optional)

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• Eficiencia: 0.95 (injertos exitosos sin enfermedades)• Video: https://www.youtube.com/watch?v=XgXN_vBzbeA• Fuente: http://www.buykorea.or.kr/product-details/Grafting-Robot,Grafting-Watermelon-

grafting--3019444.html#pdi01

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• Injertos en:   tomate• Productividad: 400 a 600 plant/ hr• Componentes principales: cuchillas de corte modificables a distintos ángulos, las

unidades de corte tienen aplicación desinfectante, Rodillo para clips• Eficiencia: -• Video: https://www.youtube.com/watch?v=33Zr_jz0tvg• Fuente: http://www.conic-system.com/wp/gallery/emp300

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• Injertos en: solanaceas y cucurbitaceas• Productividad: 400 plantas/hr• Componentes principales: desinfección automática, misma inclinación del corte, clips

intercambiables, presión constante; 4,5 BAR• Eficiencia: - • Video: https://www.youtube.com/watch?v=-G1xwTDtJ6I• Fuente: http://tech.atlanticgroup.it/en/products/semi-automatic-grafting-machine-gr-

3003-patented

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• Injertos en: Jitomate• Productividad: : 1,000 plant /hr• Componentes principales: operada por dos personas, Posibilidad de corte recto o en

ángulo• Eficiencia: • Video: https://skyfiregcs-a.akamaihd.net/exp=1456904823~acl=%2A

%2F329206424.mp4%2A~hmac=bc9d5b12e80a153f29b252e2be591b85bf92121f26ca770624c23fcb335e531c/2tierchgci/vimeo-prod-skyfire-std-us/01/4474/3/97372388/329206424.mp4

• Fuente: http://www.isogroepmachinebouw.nl/en/isograft1100.html

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• Injertos en: cucurbitaceas• Productividad: 900 plantas/hr• Componentes principales:• Eficiencia: 0.95 • Video: http://www.iseki.co.jp/products/nougyou/noug-grf800_video.html• Fuente: http://www.iseki.co.jp/products/nougyou/tugiki/

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• Injertos en: Jitomate y berenjena• Productividad : 1,050 plantas/ hr• Componentes principales: Posibilidad de corte recto o en Angulo. • Eficiencia: 0.99• Video: https://skyfiregcs-a.akamaihd.net/exp=1456904869~acl=%2A

%2F329204951.mp4%2A~hmac=b51c282d7216c2f0b6996bbd08c668c51bf5e0519fef9786d8c4edf1d478faec/2tierchgci/vimeo-prod-skyfire-std-us/01/1782/3/83914032/329204951.mp4

• Fuente: http://www.isogroepmachinebouw.nl/en/isograft1200.html

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III.1 Otras máquinas injertadoras

(Kumar-Maurya, 2014)Fuente de la introducción: Kubota C. & McClure M.A. Vegetable Grafting: History, Use, and Current Technology Status in North America. HORTSCiENCE VOL. 43(6) OCTOBER 2008

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IV. Funcionamiento del Sistema en la máquina.

El procesamiento de las plántulas de jitomate en la maquina; comenzara con la colocación de las plántulas de porta injerto y el vástago en la máquina de forma simultánea. Así el sistema de adquisición del porta injerto y del vástago podrá mover las plántulas al siguiente punto.

Acto seguido se cortan los cultivares por el tallo.

Se procede a trasladar los cultivares a la posición de injertado. En donde se procede a aproximar los cultivares por los haces vasculares y se aprisionan con el tubo de injertadado.

Fig. 2. Flujo del proceso general de injertado de la máquina.

IV.1 ComponentesLa injertadora automática constara de:

a) Sistema de adquisición de porta injerto: que es el instrumento que toma el porta injerto para poder trabajar con él.

b) Unidad de guiado.c) Unidad de agarre del injerto que manipulará el injerto en el proceso. d) Unidad de corte del injerto: que cortará el tallo en V.e) Rueda de suministro del tubo de injertado.f) Unidad de suministro del tubo de injertado que es el que mantendrá des enrollando la

rueda de suministro de tubo de injertado durante todo el proceso.

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g) Unidad de corte de porta injerto que es la que hará un corte en V del tallo.h) Fuente neumática que proporcionará los seis bares requeridos para que las válvulas

electro neumáticas funcionen.i) Panel de control: donde se encuentra el paro de emergencia.

Fig.3. Configuración general de un robot injertador.

V. Diseño del sistema de control Automático.

V.1 Sensor de presencia: por luz infrarroja.V.1.1 ¿Qué es Sensor de presencia?

Es un tipo de sensor que activa o desactiva automáticamente el mecanismo eléctrico al que está conectado, cuando detecta o no, la presencia de un objeto dentro de un radio de acción determinado. (Gonzalez, 2012).

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V.1.2 Características

Tabla. Características del sensor de presencia.Característica ValorConforme al estándar EN 60947-5-2

De acuerdo a los lineamientos EU-EMVRango de trabajo 15-150 mmTemperatura ambiente -25 - 55ºCSalida PNPMáxima velocidad de conmutado 500 HzMáxima corriente de salida 200mAVoltaje de operación (DC) 10-36 vDimensiones 30x30x15 mmPeso 17 gClasificación de resistencia a corrosión 2

Fig. Sensor infrarrojo de presencia de la marca FESTO modelo SOEG-RTH-Q30-PS-S-2L.V.1.3 Diagrama

Fig. Diagrama eléctrico del sensor de presencia.

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Fig. Símbolo del sensor de presencia.

V.1.4 Principio de funcionamientoLos sensores infrarrojos de presencia constan de dos fases: un emisor (LEDIR) y un receptor (Fototransistor). El emisor se mantiene encendido cerrando un circuito con el foto transistor el cual se ve excitado por la luz infrarroja que emite el diodo. En cuanto un objeto se posiciona en medio de estos el circuito eléctrico se abre y nos da la señal de que hay un objeto obstruyendo.

FototransistorEl fototransistor es un foto-detector que trabaja como un transistor clásico, pero normalmente no tiene conexión base. En estos transistores la base está reemplazada por un cristal fotosensible que cuando recibe luz, produce una corriente y desbloquea el transistor. En el fototransistor la corriente circula sólo en un sentido y el bloqueo del transistor depende de la luz; cuanta más luz hay más conduce.El principio del fototransistor es aparentemente el mismo que el del transistor clásico. Pero sí observamos el componente se ve que sólo posee dos patas, un emisor y un colector, pero le falta la base. La base de hecho es sustituida por una capa de silicio fotosensible. Si esta capa está iluminada aparece en la base una corriente que crece con la luz, lo que pone en marcha al transistor.El fototransistor reacciona con la luz visible y también con los rayos infrarrojos que son invisibles. Para distinguirlo del LED su cápsula es transparente.

Foto Diodos

Son dispositivos electrónicos que tal como los diodos, conducen corriente eléctrica en un sentido y en el inverso no, sin embargo el foto diodo, solo llegará a conducir en presencia de luz.

Cuando son absorbidos por el dispositivo fotones cuya energía es mayor que la del intervalo de energía, se generan pares electrón-hueco. Una de las ventajas principales del dopado es introducir impurezas que originan electrones o huecos muy próximos a la banda de conducción;

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por tanto se requiere menor energía para excitar estos estados añadidos hasta la banda de conducción. (Instituto Tecnologico de la Laguna, 2016)

V.1.5 Modelo matemático

V.2 ActuadoresV.2.1 ¿Qué es una válvula electro-neumática?

Las válvulas pueden considerarse como una caja negra con una serie de orificios que sirven para la entrada y salida del aire comprimido.

V.2.2 FuncionamientoLa forma en que se conectan dichos orificios, en una posición estable, constituye un estado de la válvula, lo que habitualmente se denomina posición. Los orificios se llaman vías.

El número de vías y de posiciones de la válvula identifica el funcionamiento de la misma, independientemente de la forma constructiva y del tipo de mando que la active. Por este motivo, las válvulas se representan simbólicamente mediante esquemas que dan una idea clara y concisa de su funcionamiento.La función de una válvula es dada por “dos números” separados por “/”. El primer número indica el número de puertos principales (entradas, salidas y escapes), pero excluye a los puertos de la señal y de pilotaje. Se representan por “tomas”. El segundo número indica los estados que la válvula puede alcanzar. Se representan por “cajas”, tantas como estados y juntas. Si tiene 2 la derecha es la normal y la izquierda la operada; si tiene 3 la central es la normal.

Los puertos se representan sobre la posición normal

V.2.3 Secuencia de control

V.2.4 Características

Los mandos neumáticos están constituidos por: Elementos de señalización, Elementos de mando, y un aporte de trabajo.

Los elementos de señalización y mando modulan las fases de trabajo de los elementos de trabajo y se denominan válvulas.Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por una bomba hidráulica o almacenado en un depósito (norma DIN/ISO 1219 conforme a una recomendación del CETOP).

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Las válvulas de control de dirección tienen varias posiciones que les permiten realizan distintas funciones.Las posiciones de las válvulas distribuidoras se representan por medio de cuadrados.

VI. Control del sistema

VII. Funcionamiento del sistema de control automático

VIII. ConclusiónSe

IX. Fuentes consultadas(Anonimo). (2010). Grafting Robots. Recuperado el Marzo de 2016, de University of Arizona:

https://cals.arizona.edu/grafting/grafting-robots

Gonzalez, C. (Septiembre de 2012). SENSORES DE PRESENCIA, MOVIMIENTO Y PROXIMIDAD. Recuperado el Marzo de 2016, de Prezi: https://prezi.com/0glnuiqdfjnp/sensores-de-presencia-movimiento-y-proximidad/

Instituto Tecnologico de la Laguna. (mARZO de 2016). FOTODIODO. Obtenido de SEP: http://itlalaguna.edu.mx/academico/carreras/electronica/opteca/OPTOPDF2_archivos/UNIDAD2TEMA3.PDF

Jung-Myung, L. (Abril de 1994). Cultivation of Grafted Vegetables I. Current Status, Grafting Methods, and Benefits. HORT SCIENCE, 29(4).

Kubota, C., & McClure, M. A. (Octubre de 2008). Vegetable Grafting: History, Use, and Current Technology Status in North America. HORTSCiENCE, 43(6), 1664-1669.

Kumar-Maurya, A. (2014). Role of grafting in vegetable production, Automatic Grafting machines. Recuperado el Marzo de 2016, de slideshare: http://www.slideshare.net/ashish7891/vegetable-grafting

Universidad Carlos III de Madrid. (2015). Dispositivos de control. Recuperado el Marzo de 2016, de http://ocw.uc3m.es/ingenieria-mecanica/neumatica-y-oleohidraulica/trasparencias/valvulasNeumaticas.pdf

< > < > < > Jung-Myung (1994).

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PlantaNova (2010) https://www.google.es/patents/US4769944 http://www.patentsencyclopedia.com/app/20140109471 http://patents.justia.com/patents-by-us-classification/47/6 http://www.google.com/patents/US1023038

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