PERSIANA AUTOMATIZADA AUTOSUSTENTABLE Clave de Registro: CIN2014A20212 Escuela: Colegio Indoamericano S.C. Autores: Carranza Mejía Samantha Niné Bustos Pelcastre Uriel Jardón Quezada Leslie Asesores: Páramo Carranza Luis Alberto Kerlegand Bañales Carla Área: Ciencias Fisicomatemáticas y de las Ingenierías Disciplina: Física Tipo de investigación: Desarrollo Tecnológico Tlalnepantla, Edo. De Méx. , 20 de Febrero de 2014.

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RESUMEN Este proyecto consta de una parte mecánica y una electrónica. La parte mecánica está compuesta por un motor, dos catarinas y una cadena que las une con un marco, el cual sostiene a la persiana. La parte electrónica consta de un circuito compuesto principalmente por una fotoresistencia y tres relevadores, los cuales realizan la función deseada de abrir o cerrar la persiana según la cantidad de luz con ayuda de dos switchs para detener el motor cuando la persiana ya esté totalmente cerrada o totalmente abierta. ABSTRACT This project consists of a mechanical and an electronic part. The mechanical part consist of a motor, two sprockets and a chain that connects them with a frame, which holds the shutter. The components of the electronic are mainly a circuit that consist of a photoresist and three relays, which perform the desired function to open or close the blinds according to the amount of light using two switches to stop the motor when the shutter is already fully closed or fully open. INTRODUCCIÓN PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Es una práctica constante y muy común en casas, oficinas, y en muchos otros lugares encender focos y/o lámparas, aún cuando es de día y todavía se puede aprovechar la luz solar, ya que en estos tiempos la energía eléctrica cada vez se utiliza más y de una forma innecesaria, además que contribuye a la contaminación del planeta. HIPÓTESIS O CONJETURAS Es posible diseñar y construir una persiana autosustentable si se utilizan sensores de luz solar y celdas solares para activar el motor que realizará las acciones de abrir y cerrar la persiana. Con este dispositivo no se tendrá que utilizar la energía eléctrica y ninguna persona tendrá que intervenir en su funcionamiento. JUSTIFICACIÓN Hoy en día la energía eléctrica es una necesidad de la cual no podemos prescindir y que va en aumento. Por este motivo hay que conseguir generar de una forma sostenible respetuosa con el medio ambiente a largo plazo. La situación energética en el mundo ha cambiado mucho en el último siglo. En los últimos 20 años se ha duplicado la energía consumida, este cambio es debido a la evolución de los países en desarrollo. Los estudios realizados nos indican que esta necesidad de energía eléctrica continuará aumentando a un ritmo similar. Hoy en día la generación de esta energía se reparte de la siguiente manera: 5,4% Petróleo 23,3% Gas natural 37,6% Carbón 13,8% Nuclear 19,9% Renovables

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Como toda actividad la generación de electricidad conlleva una serie de contaminantes. Los contaminantes dependen de la fuente de energía primaria utilizada, de la tecnología elegida y del entorno del emplazamiento de la instalación. Un ejemplo de esta situación son las centrales térmicas generan contaminantes debido a dos causas esencialmente. Por un lado, la quema de combustibles fósiles como el carbón o el fuel generan cenizas y humos entre los cuales encontramos emisiones de CO 2 (dióxido de carbono), SO x (óxidos de azufre) y NO x (óxidos de nitrógeno). Por otro, generan un cambio térmico en el agua que utilizan para refrigeración. El CO 2 es uno de los gases que favorecen el efecto invernadero. Este efecto es el responsable de que la tierra tenga su temperatura, pero un exceso de CO 2 en la atmosfera puede provocar un exceso de temperatura. Hay diferentes maneras de reducir el CO 2, la más extendida es con el uso de filtros que lo retienen. El SO x y el NO x son los causantes de la lluvia ácida. La asociación de los óxidos con el oxígeno y el agua forman ácidos nítricos HNO 3 y ácidos sulfúricos H 2SO 4. Estos ácidos cambian el PH de la lluvia, esta lluvia acidifica ríos y aguas, matando a los seres vivos que viven en ellos, otro efecto de la lluvia acida es la deposición de protones H +, que arrastran ciertos iones del suelo empobreciendo los nutrientes de los ecosistemas. Para eliminar estos contaminantes se realizan diferentes tratamientos, como por ejemplo la introducción de convertidores catalíticos en las centrales o la adición de compuestos alcalinos en los ríos. En lo que respecta a la contaminación térmica, se produce al devolver el agua a los ríos o al mar. Por lo anterior es importante buscar nuevos métodos para la obtención y el ahorro de energía eléctrica, estos métodos podrían llevarse a cabo mediante artefactos autosustentables que puedan funcionar con energía limpia para así contrarrestar los efectos de la contaminación en nuestro planeta, también es importante crear artefactos capaces de utilizar estos métodos para así mejorar nuestro medio ambiente. (Endensa educa, 2008). SÍNTESIS DEL SUSTENTO TEÓRICO La fotorresistencia es una resistencia cualquiera que cambia su valor dependiendo de la cantidad de luz que la ilumina: disminuye cuando aumenta la intensidad de la luz incidente, por lo que es capaz de dejar fluir la corriente y hacer que funcione el circuito para la finalidad deseada; el LDR (Light Dependent Resistor) es bajo cuando hay luz incidiendo en él, y por el contrario es bastante alto cuando se encuentra en penumbra, por lo que no deja pasar la corriente necesaria para activar el circuito. (EUIT de Telecomunicación, 2014). OBJETIVOS GENERAL Y ESPECÍFICOS OBJETIVO GENERAL Diseñar y construir una persiana automática autosustentable. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Diseñar y construir el sistema mecánico para la apertura y cierre de la persiana. Diseñar y construir el circuito eléctrico para que de manera automática actué según el nivel de la luz. Ensamblar, probar y corregir, si es necesario, el prototipo.

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FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA Celdas Solares: Las células o celdas solares son dispositivos que convierten energía solar en electricidad, ya sea directamente vía el efecto fotovoltaico, o indirectamente mediante la previa conversión de energía solar a calor o a energía química. La forma más común de las celdas solares se basa en el efecto fotovoltaico, en el cual la luz que incide sobre un dispositivo semiconductor de dos capas produce una diferencia de foto voltaje o del potencial entre las capas. Este voltaje es capaz de conducir una corriente a través de un circuito externo a modo de producir trabajo útil. (Creus S., Antonio ,1995) Motor: Son máquinas eléctricas rotatorias que transforman la energía eléctrica en energía mecánica. Satisfacen una amplia gama de necesidades de servicio, desde arrancar, acelerar, mover, o frenar, hasta sostener y detener una carga. Estos motores se fabrican en potencias que varían desde una pequeña fracción de caballo hasta varios miles, y con una amplia variedad de velocidades, que pueden ser fijas, ajustables o variables. Motor reductor 37D 50:1 Motor reductor metálico con relación de engranaje 50:1. Rango de voltaje de operación: 6 a 12Vdc. Características a 12Vdc: -Velocidad: 200RPM. -Corriente sin carga: 300mA -Corriente máxima: 5A -Torque máximo: 12 Kg-cm (170oz-in). Dimensiones: 37D x 54L mm Peso: 187gramos Largo del eje: 12mm en forma de "D". Dimensiones (mm): X=24mm

Figura 1: Diagrama del motor utilizado. (Robodacta, 2002-2014).

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Batería Dispositivo que se encarga de almacenar la energía eléctrica, mediante procedimientos o reacciones químicas, y que luego es capaz de devolverla a un dispositivo eléctrico o electrónico alimentándolo para que pueda funcionar pudiendo volver a recargarse de nuevo para dar paso a otro ciclo de entrega de energía. Una batería está formada por dos conductores separados por un aislante y todo ello sumergido en un elemento químico, que produce una acción de oxidación en uno de los conductores (pérdida de electrones, se queda sin carga eléctrica) y en el otro una acción de reducción (gana todos los electrones que el otro conductor pierde, se sobrecarga). Aquí ya se puede decir que la batería está cargada y podemos usarla para alimentar un equipo eléctrico. (Terán M., Alejandro ,2002) Fotoresistencia Resistencias cuyo valor varía de acuerdo al nivel de luz al que están expuestas. Si bien los valores que puede tomar una LDR (Resistor Dependiente de la Luz) en total oscuridad y a plena luz puede variar un poco de un modelo a otro, en general oscilan entre unos 50 a 1000 ohms (1K) cuando están iluminadas (por ejemplo, con luz solar) y valores comprendidos entre 50K (50,000 Ohms) y varios megohmios (millones de ohms) cuando está a oscuras. Desde el punto de vista constructivo, las LDR están fabricadas con materiales de estructura cristalina, siendo los más utilizados el sulfuro de cadmio y el seleniuro de cadmio, aprovechando sus propiedades fotoconductoras. Relevadores Un relé o relevador es un interruptor accionado por un electroimán. Un electroimán está formado por una barra de hierro dulce, llamada núcleo, rodeada por una bobina de hilo de cobre. Al pasar una corriente eléctrica por la bobina ,el núcleo de hierro se magnetiza por efecto del campo magnético producido por la bobina, convirtiéndose en un imán tanto más potente cuanto mayor sea la intensidad de la corriente y el número de vueltas de la bobina. Al abrir de nuevo el interruptor y dejar de pasar corriente por la bobina, desaparece el campo magnético y el núcleo deja de ser un imán. (Mujal R. Ramón, 2000). Resistencia Es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica. Normalmente los electrones tratan de circular por el circuito eléctrico de una forma más o menos organizada, de acuerdo con la resistencia que encuentren a su paso. Mientras menor sea esa resistencia, mayor será el orden existente en el micro mundo de los electrones; pero cuando la resistencia es elevada, comienzan a chocar unos con otros y a liberar energía en forma de calor. Esa situación hace que siempre se eleve algo la temperatura del conductor y que, además, adquiera valores más altos en el punto donde los electrones encuentren una mayor resistencia a su paso. (Nashelsky L. y Boylestad R. ,2003) Diodos El diodo combina polos positivos y negativos, es decir, elementos de tipo n con los de tipo p, es decir, con abundancia o carencia de electrones libres. Su función es facilitar el paso de corriente en una sola dirección, o funcionando como rectificador. (Bolton, W. 20 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 1.- Se realizó la investigación documental necesaria para poder determinar los componentes ideales o más convenientes para utilizarse: Marco de aluminio

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Persiana Comercial Dos catarinas Un motor de 12 Volts Una cadena Dos switch Una tabla fenólica Dos relevadores de dos tiros dos polos Un relevador de un tiro dos polos 3 diodos Una resistencia Una fotoresistencia Cable 2.- Se fabricó un marco de aluminio como soporte para la persiana. 3.- Se diseñó el sistema mecánico para la apertura y el cierre de la persiana y se determinó el lugar más conveniente para ubicarlo. 4.- Se colocó y se hizo funcionar parcialmente el sistema mecánico, que consta de dos catarinas una unida a la persiana y otra al motor, ambas unidas por una cadena que ayuda a su movimiento. 5.- Se realizó un diagrama para representar el diseño del circuito a utilizar para realizar la acción deseada.

Figura 2: Diagrama del circuito utilizado. 6.- Se fabricó el circuito. El componente más importante del circuito (el que permitirá que gire o se detenga el motor) será la fotoresistencia; esta fotoresistencia, al momento en que detecte luz, creará una resistencia misma que se opondrá para el funcionamiento del circuito. Esta irá conectada a un primer relevador que es de 1 tiro 2 polos y servirá como un switch el cual estará funcionando con la fotoresistencia; el relevador tiene dos salidas y cada uno estará conectado por dos circuitos, los cuales serán iguales. Cada circuito estará conectado a una pata del relevador que será de entrada y la otra tendrá un switch que estarán situados a los extremos de la persiana y cada uno estará conectado a un relevador; como salida los dos relevadores estarán conectados con el motor y los relevadores

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harán el cambio de polaridad y al momento de que la fotoresistencia detecte el cambio los relevadores cambiarán de polaridad para invertir el giro del motor. 7.- Se realizaron pruebas. RESULTADOS OBTENIDOS La persiana logró hacer la función deseada de apertura y cierre utilizando el circuito conectado al motor; además, pudo funcionar con energía solar cargando la pila y activando el circuito de una manera óptima.

Figura 3: Persiana Automatizada Autosustentable. (Vista Completa)

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Figura 4: Parte Mecánica. (Vista Lateral)

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Figura 5: Parte Mecánica. (Vista Trasera)

Figura 6: Celdas Solares y Parte Mecánica. (Vista Trasera)

Figura 7: Parte Electrónica. (Vista Lateral)

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Figura 8: Circuito. CONCLUSIONES Y NUEVAS PROPUESTAS Es importante diseñar y producir dispositivos que funciones con energía limpia autosustentable para reducir los efectos causados por la contaminación energética. El sistema que se desarrolló podría utilizarse para el cierre de toldos, puertas, ventanas, etc. Puede optimizarse el funcionamiento de la fotoresistencia, utilizando diferentes rangos para la cantidad de la iluminación. REFERENCIAS BIBLIOHEMEROGRÁFICAS Y DE INTERNET EUIT de Telecomunicación (2014). Ingeniatic. Recuperado de: http://www.ingeniatic.net/index.php/tecnologias/item/500-lrdfotorresistencia 15 de Febrero de 2014. Endensa educa (2008). Energía eléctrica y medio ambiente. Recuperado de: http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/el-uso-de-laelectricidad/xxv.-la-energia-electrica-y-el-medio-ambiente#energia eléctrica 15 de Febrero de 2014. Robodacta (2002-2014). Motorreductor 37D 50:1. Recuperado de: http://www.robodacta.mx/index.php?dispatch=products.view&product_id=58 Bolton, W. (2010). Mecatrónica. Sistemas de control electrónico en la ingeniería mecánica y eléctrica. México: Mc Graw Hill, 3ª Edición. Creus S., Antonio (1995). Instrumentación industrial. México: Alafaomega, Marcombo. Terán M., Alejandro (2002). Manual de laboratorio de electricidad y control: Instructivo de prácticas del laboratorio de electricidad aplicada. México: Instituto Politécnico Nacional. Mujal R. Ramón (2000). Tecnología Eléctrica. México; Ediciones UPC Nashelsky L. y Boylestad R. (2003). Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. México: Pearson Educación

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