El intercambio de aire entre el interior y exterior del invernadero incide de una manera clara en el clima del cultivo. No sólo cambia el balance energía, y por lo tanto la temperatura del aire, sino que también afecta al contenido de vapor de agua y de CO₂.

La ventilación pasiva o natural tiene su origen en dos factores:

1. Distribución de las presiones en la superficie de la estructura debido al viento.
2. Diferencia de temperatura, y por lo tanto de presión, entre el invernadero y el exterior.

El control de accionamiento fue diseñado para operar las ventanas en forma automática, por decisión del programa controlador, o en forma manual, por iniciativa del operador. En ambos casos existen dos estados finales posibles, ventanas abiertas completamente o ventanas cerradas completamente. Para verificar el estado en que se encuentran los paneles a cada instante, sobre todo cuando se están acionando, se colocaron dos fines de carrera en cada uno, uno para indicar si el panel se encuentra cerrado (si o no) y el otro para indicar si el panel se encuentra abierto (si o no).

El tiempo requerido de apertura/cierre de las ventanas es de aproximadamente 30 segundos para el motor 1 y 50 segundos para el motor 2.Ambos motores, consumen entre 3 y 4 amperes en el arranque y entre 2 y 3 amperes en funcionamiento nominal.

La fuente de alimentación de los motores es simplemente un transformador-rectificador tipo puente, sin filtrado; que entrega una tensión de 15 V eficaces y está diseñada para suministrar 5 A de corriente nominal

Debido a que no creímos conveniente alimentar ambos motores al mismo tiempo, para no exigir demasiado a la fuente de alimentación, diseñamos un circuito de activación mediante el empleo de relés que nos asegure el funcionamiento de un motor a la vez. La lógica de control es como se detalla a continuación:

• Relé desexcitado : "Apagado"
• Relé excitado : "Encendido"

• Relé desexcitado : "Cerrar ventana"
• Relé excitado : "Abrir ventana"

• Relé desexcitado : "Motor 1"
• Relé excitado : "Motor 2"

Utilizamos tres relés ISKRA TRM 3013 doble inversor, que poseen las siguientes especificaciones:

• Tensión de bobina: entre 4,5 y 9 V (6V nominal).
• Corriente máxima en contactos: 10 A con 250 VAC

Con los fines de carrera, se pretende realimentar al sistema de control el estado de las ventanas. Existen tres estados posibles: cerradas, abiertas completamente o entreabiertas ( estado intermedio transitorio)

Empleamos llaves magnéticas "reed-switch" normal abiertas. Se trata de una pequeña ampolla de vidrio que encierra un par de contactos metálicos con conexión al exterior. En presencia de un campo magnético apropiado, los contactos dentro de la ampolla se tocan, cerrando la llave. En la figura 6.2, se observa el circuito que se implementó

Los sensores de fines de carrera se conectan al puerto B del 8255 configurado como entrada, de la siguiente manera:

El imán va montado sobre la parte móvil (panel basculante), y el reed-switch en una parte fija de la estructura.

A modo de darle mayor confiabilidad al sistema, colocamos en forma duplicada (el doble de lo necesario) los sensores fines de carrera, precisamente un par por cada panel.

Con los estados definidos precedentemente de los fines de carrera como de las líneas de control C2 y C3, podemos elaborar una tabla de verdad con todos los estados posibles y plantear un estado de C1 en base a cada combinación de los mismos.

Con la información disponible en la tabla de verdad, es posible diseñar un circuito combinacional que asegure el correcto funcionamiento del accionamiento de las ventanas. Valiéndonos de unos diagramas de Karnaugh, ver figura 6.3, obtuvimos la siguiente función lógica:

Los niveles de señal F1, F2, F3 y F4 de los fines de carrera, como las señales de control C2 y C3 ( generadas respectivamente por los pines PA2 y PA3 del puerto A del 82C255) son las entradas de la lógica combinacional que maneja la activación de la señal de control C1, que es la salida. Ver figura 6.4.

El echo de diseñar la lógica de activación de las ventanas mediante hardware (compuertas lógicas) nos brinda mayor robustez ante fallas en el software.

Un problema que se debió salvar, fue la involuntaria y aleatoria activación de C1 en el arranque del sistema. En el arranque y luego de aplicado un pulso de reset, el 82C255 configura todos sus puertos como entradas ( quedando en un estado de alta impedancia). Para las compuertas utilizadas en el circuito combinacional (NAND’s y AND) una entrada flotante o en alta impedancia actúa como si no estuviera, es decir su estado no afecta la salida; entonces PA2, PA3 y PA4 no actúan y se produce la activación de C1 por el solo estado de los fines de carrera. Esto lo solucionamos tomando la alimentación de la compuerta AND de la pata de inhibición PA4, asegurándonos así, que una vez que se inicie el programa y se configure el puerto A del 82C255 como salida, se pueda activar la señal de control C1 (colocando un estado alto en la pata PA4)

Con este circuito se logra manipular los motores manualmente (procedimiento útil a la hora de realizar el montaje en el invernadero) sin requerir las líneas de control C1, C2 y C3 provenientes de la placa de adquisición aunque sin el resguardo de los fines de carrera (el sistema funciona a lazo abierto).

Como primer paso, a la hora de activar los motores manualmente, se debe pulsar la llave "Manual/Automático", esto desconecta eléctricamente las señales de control C1, C2 y C3 que vienen desde la placa de adquisición. El LED encendido es indicio de que se está en modo manual.

Luego se pulsan los botones C2 y/o C3 , si fuera necesario, para elegir sentido de giro y motor a activar respectivamente.

Finalmente se presiona el pulsador C1 para iniciar la acción seleccionada.

El algoritmo de control de temperatura contempla la posibilidad de disminuir la temperatura interna del invernadero iniciando un breve riego con los vaporizadores. Este actuaría en un día caluroso en el que el sistema de ventilación no lograse disminuir la temperatura por debajo del máximo tolerado en el interior.

El agua, al pasar del estado líquido a vapor, absorbe calor. Por lo tanto disponiendo de un equipo vaporizador dentro del invernadero absorberá calor del aire interior y bajará la temperatura ambiente. La evaporación del agua continúa hasta que el aire se satura (humedad relativa del 100%). La temperatura del aire en condiciones de saturación se llama temperatura húmeda. No es posible bajar la temperatura ambiente por debajo de la temperatura húmeda. Todo el proceso de saturación transcurre de manera que la energía de la mezcla de aire y vapor de agua no varía . Se produce un cambio de calor sensible (descenso de la temperatura) a calor latente (aumento del contenido de vapor en la mezcla de aire húmedo), se trata de un proceso adiabático a entalpía constante.

El ábaco psicométrico de la figura 6.6 contiene las condiciones de temperatura, humedad y entalpía del aire húmedo. Este permite conocer la manera en que cambia la temperatura del aire cuando se le añade vapor de agua. Sobre el ábaco se representó un ejemplo del aire que entra al invernadero en un día caluroso. De acuerdo con la figura, el aire exterior a 27ºC y 50% de humedad relativa (punto A) pasa por el efecto de calentamiento solar del invernadero a 40ºC y 25% de humedad (punto B). Desde A hacia B no ha habido aporte de humedad. Si no hubiera cultivo el aire permanecería en esas condiciones, pero por causa del fenómeno de la evapotranspiración hay un aporte de humedad que sigue la línea isoentálpica B-C y alcanza la temperatura de 35ºC y la humedad del 40%. Puesto que estas condiciones pueden ser estresantes, el equipo de humectación entra en funcionamiento, cede vapor de agua siguiendo la línea isoentálpica C-D y el aire del invernadero llega a 25ºC y 90% de humedad.

Este sistema tiene un potencial notable en climas calurosos y secos. Su mayor eficacia se relaciona con el menor tamaño de las microgotas de agua que se puedan producir.

La implementación que realizamos basada en éste principio de refrigeración no influye de manera práctica a la humedad del suelo, ya que actúa por un breve lapso de tiempo.

El algoritmo de control de temperatura responde básicamente al diagrama en bloques siguiente:

Cada 15 minutos se toman 10 muestras de Ti₁, Ti₂, T_ext y T_suelo separadas alrededor de 1ms y se calcula el valor promedio de cada uno. Luego se obtiene la temperatura media interior promediando los valores obtenidos de Ti₁ y Ti₂. De esta manera, se posee una terna de tres temperaturas testigo cada 15 minutos, T_int, T_ext y T_suelo, que utilizan tanto el algoritmo de control de temperatura como el algoritmo de control de humedad para tomar sus decisiones.

Si en la lectura de algún sensor se obtuviese el valor de –15° C, sería indicio de que se ha cortado el vínculo eléctrico entre el sensor propiamente dicho y su amplificador en la placa de adquisición. Esta temperatura corresponde al mínimo que puede medir el ADC en su escala de 0 a 5V según fue calibrado. El algoritmo de temperatura responde imprimiendo la leyenda:" Sensor Tx cable cortado" , donde x es el número del sensor afectado, en la pantalla de LCD y luego sale del programa.

De manera análoga actúa el algoritmo de temperatura si de un sensor se obtiene una temperatura de 50° C, indicio de que se llegó al límite superior medible por el ADC. Esto puede ocurrir, si es que no se trata de un día excepcionalmente caluroso, al quedar flotante la masa del amplificador del sensor. En este caso se imprimirá la leyenda: "Sensor Tx saturado".

Para el caso de que no se logre disminuir la temperatura interna por debajo del máximo valor fijado por el operador luego de abiertas las dos ventanas en los 15 minutos anteriores, se inicia un riego corto (de 3 minutos originalmente).

Los algoritmos de "cerrar ventana" y "abrir ventana", se detallan a continuación:

Cerrar Ventana Abrir Ventana