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SISTEMA DE ADQUISICIÓN Y PROCESAMIENTO DE DATOS PARA
EL SECADOR SOLAR MULTIUSO DE LA UNACH, BAJO CONDICIONES
METEOROLÓGICAS DE LA CUIDAD DE RIOBAMBA
Aníbal Llanga
1
; Gustavo Chaa
2
; Arquímides Haro
1
1
Universidad Nacional de Chimborazo
2
Ponticia Universidad Católica del Ecuador
Investigación y Desarrollo Nº 8 volumen 1 Enero - Junio 2015 ISSN 1390-5546 UTA, Ecuador
RESUMEN
El presente trabajo consiste en diseñar y construir un sistema de adquisición y procesamiento de datos para un Secador
Solar Multiuso, bajo condiciones meteorológicas de la ciudad de Riobamba. El sistema está integrado por dos aplicaciones,
una para la adquisición y registro de datos de temperatura, humedad, peso y velocidad del viento, en rangos de medición y
sensibilidad determinados por las condiciones meteorológicas de la ciudad de Riobamba, y con sensores ubicados en puntos
estratégicos del armazón del secador solar multiuso. La segunda aplicación está orientada para el procesamiento estadístico
de los datos adquiridos; esta aplicación proporciona al investigador una herramienta rápida y able para la clasicación de
datos y análisis preliminar de resultados. La red de comunicaciones integrada proporciona portabilidad al sistema, para ubicar
al prototipo en las parroquias de la ciudad de Riobamba, especícamente en zonas agrícolas, sin que el equipo de investiga-
ción salga de la central de monitoreo.
Palabras clave: Secador solar, telemetría, monitoreo, Riobamba.
ABSTRACT
The present work is to design and build a data acquisition and processing system to be used by a Multi purpose Solar Dryer,
under weather conditions in the city of Riobamba. The system integrates two applications, one for the acquisition and data
logging of: temperature, humidity, weight and wind speed, in sensitivity and measurement ranges determined by the weather
of the city of Riobamba, and with sensors placed in strategic points of the multi purpose solar dryer frame. The second appli-
cation is guided to the statistical processing of the acquired data; this app provides the researcher a quick and reliable tool for
data classication and preliminary outcome analysis. The integrated communications network provides system portability, to
place the prototype in the parishes of the Riobamba city, specically in agricultural areas, without he research team to leave
the monitoring centre.
Keywords: Solar Drier, Telemetry, Monitor, Riobamba.
INTRODUCCIÓN
El sistema de adquisición y procesamiento de datos para el Proyecto de investigación “Diseño de un secador solar multiuso
bajo condiciones físicas y meteorológicas de la ciudad de Riobamba” de la Universidad Nacional de Chimborazo (Arquímides,
2013), está diseñado en función de las necesidades de investigar parámetros de temperaturas, humedad, peso del producto
y velocidad del viento al interior del secador solar multiuso.
El secador solar está diseñado para deshidratar vegetales, plantas aromáticas y frutos en la cámara de secado, a través de
la circulación de aire caliente producido por los rayos solares almacenados en el colector; el aire caliente es evacuado por
convección a través de una chimenea. El prototipo nal es un módulo pasivo, enfocado a servir a agricultores de los alrede-
dores de Riobamba y sus parroquias.
En el presente trabajo se analiza el hardware electrónico que adquiere señales de los sensores instalados en el secador
solar multiuso; el componente de software que adquiere y procesa estadísticamente los datos censados, y la transmisión de
datos desde el dispositivo, hasta la central de monitoreo. El objetivo es adquirir y clasicar datos de señales censadas, para
proporcionar al investigador una herramienta de estudio y análisis del secador solar multiuso bajo condiciones meteorológicas
de la ciudad de Riobamba.
En lo referente a trabajos previos de este tipo, existe la tesis doctoral “Modelado y Construcción de un secadero solar Híbrido
para residuos Biomásicos” (Montero, 2005) realizada en España, “Diseño y Construcción de un Secador Solar para Secado
Volumen 8, número 1, junio, 2015, Articulo Recibido: 12 de enero del 2015; Articulo Aceptado: 15 de abril del 2015
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de Setas” (Jiménez, 2012) estas investigaciones son desarrolladas y orientadas a condiciones climatológicas propias del
lugar. Así también existe otra investigación en el Ecuador realizada en la Universidad técnica Equinoxial con título “Diseño y
construcción de un secador para maderas con energía solar” (Luna & Cruz, 2003) . Cabe recalcar que en las investigaciones
mencionadas no se propuso un sistema autónomo de recolección, registro y procesamiento de datos, sino la recolección
manual de temperaturas y humedad, sin tomar en cuenta las variables de ujo de aire por la cámara de secado y peso del
producto.
MATERIALES Y MÉTODOS
Sensores
Se instalaron sensores de temperatura y humedad relativa en el colector y en la cámara de secado del secador solar multiu-
so como se muestra en la Fig. 1. Otro par de los mismos sensores se instaló fuera del equipo para recoger mediciones del
ambiente.
En cada bandeja de secado se instalaron sensores para medir la temperatura de los vegetales o frutos, al momento de su
deshidratación. Se instaló anemómetros, uno en el colector y otro en la chimenea, con el propósito de medir la velocidad
del viento que circula al interior de equipo. Finalmente se ubicó células de carga en cada bandeja de secado, para medir la
deshidratación del producto, es decir su pérdida de peso.
Figura 1. Secador Solar Multiuso.
Los sensores son conectados al Compact FeildPoin (cFP), modelo cFP-2200, que es un convertidor de señales analógicas a
digital de la National Instruments. Su misión es adquirir las señales; se encuentra ubicado en la parte inferior del secador solar
multiuso, aislado de los demás componentes. La Tabla 1 detalla las características de los sensores.
Tabla 1. Características de sensores
Nota: se indican las características de cada sensor instalado en el secador solar multiuso.
Sensor Modelo Rango Precisión
Temperatura THR-370/CM 0 - 100 °C ± 0.4%
Humedad relativa THR-370/CM 0 – 100 % ± 0.2%
Temperatura LM35 -55 - 150 °C 1 °C
Anemómetro ASP-I-D 0 - 10 m/s ± 0.4%
Célula de carga TJH-1 0 – 5 Kg 0.02%
Aplicación de registro de datos
La aplicación está diseñada para registrar en un computador, los datos adquiridos por el Compact FieldPoint. La aplicación
está desarrollada en el software LabView. El proceso para la adquisición y registro de datos se muestra en la Fig. 2.
Las señales eléctricas entregadas por los sensores son transformadas a valores de temperatura, humedad relativa, velocidad
del viento y peso, según las ecuaciones que se detallan a continuación y en orden de los sensores la Tabla 1.
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Figura 3. Interfaz de monitoreo de registro de datos.
Nota: se indican las características de cada sensor instalado en el secador solar multiuso.
Figura 2. Proceso registro de datos.
T=6250x-25 [°C] Ecuación (1)
T=100x [°C] Ecuación (2)
HR=6250x-25 [%] Ecuación (3)
A=318,45x-1,27 [m/s] Ecuación (4)
P=318,45x-1,27 [Kg] Ecuación (5)
Las mediciones se guardan en un chero comma-separated values (“csv” o archivo de valores separados por comas). En la
primera la se imprime las etiquetas de número de muestras, tiempo, y el nombre de las variables medidas como tempera-
turas, humedad relativa, peso y velocidad del viento. En las siguientes las se van guardando los datos censados. Cada la
utiliza un espacio de memoria de 150 bytes.
En la Fig. 3 se indica la interfaz visual de monitoreo; donde se observa 3 grácas de temperatura de los sensores THR-370/
CM, así como también una tabla con las mediciones registradas, estos datos se van mostrando en tiempo real. De manera
similar se muestran las grácas y tablas de los demás sensores, agrupados por variables de la misma clase.
Aplicación de procesamiento estadístico de datos
Está diseñada en función de proveer al investigador una herramienta de resultados preliminares. Para lograr este cometido,
la aplicación realiza el cálculo simultáneo de todo el lote de datos adquirido. La aplicación calcula estadística descriptiva, es
decir medidas de tendencia central como desviación estándar, varianza, media, moda, media aritmética, valores máximos y
mínimos de la muestra; así como el rango e histograma.
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Figura 4. Procesamiento de dato.
Figura 5. Interfaz usuario de procesamiento de dato.
Figura 6. Red de Comunicaciones.
La aplicación sigue el proceso que se describe en la Fig. 4. En primer lugar el sistema accede al archivo CSV para extraer
todo el lote de datos censados. Luego el usuario puede ltrar los mismos por fecha y hora, es decir seleccionar una parte del
lote de datos de interés del investigador. A continuación, si el lote de datos es extremadamente grande, puede agrupar mues-
tras, por ejemplo si se adquirió datos cada 1 minuto, podría agrupar 60 muestras (una hora), y tener una representación de
ellas, sea un promedio, máximo o mínimo. Los dos últimos procesos descritos son opcionales. Denidos los pasos anteriores
la aplicación procede a calcula para dar resultados estadístico del lote de datos seleccionado.
En la Fig. 5 se muestra la interfaz usuario, en la que se analiza los datos de temperatura de los sensores THR-370/CM. En
ella se imprimen grácas de temperatura e histograma; así también se puede ver en la parte inferior izquierda los resultados
de medidas de tendencia central. De igual forma se muestran las grácas, histogramas y resultados de los demás sensores,
agrupados por variables de la misma clase.
Telemetría
El proyecto de investigación del secador solar multiuso bajo condiciones meteorológicas de la ciudad de Riobamba, está en-
focada a experimentar en dos etapas. La primera fase es realizar experimentos dentro de las instalaciones de la Universidad
Nacional de Chimborazo y la segunda en sectores agrícolas de las parroquias del cantón Riobamba.
En función de ello se denió interfaces Ethernet para conectividad entre el Compact FiledPoint instalado en el secador solar
multiuso y el computador en la central de monitoreo. La interfaz física Ethernet permite conexión de hasta 80 metros con cable
de par trenzado UTP categoría 6, suciente para cubrir la distancia para pruebas dentro de la UNACH. Mas para pruebas fue-
ra de la institución se ha determinado enlaces de datos de microonda. La red se ha congurado como se muestra en la Fig. 6.
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Figura 7. Enlaces de Microonda desde la UNACH a zonas agrícolas de parroquias de Riobamba.
Los enlaces de microonda se simularon utilizando Radio Mobile. En la Tabla 2, se indican las coordenadas geográcas de
las zonas agrícolas de las parroquias, con línea de vista a la UNACH cuyas coordenadas son 1º 39´6” S y 78º38´30” O; estos
puntos se indican en la Fig.7.
En la Fig. 7 se han trazado anillos cada 10 Km; de esta gura también se puede observar que el enlace de microondas más
corto es a la parroquia San Luis, mientras que el más largo es a la parroquia Flores. Las distancias de los enlace entre la
UNACH y las parroquias está descritas en la última columna de la Tabla 2.
Tabla 2. Coordenadas geográcas de parroquias cantón Riobamba.
Distancia de enlace de microondas desde la UNACH a las parroquias.
Parroquia Latitud Longitud Distancia (Km)
Cacha 1º 41´ 47,50”S 78º 42´ 50,1”O 9,45
Calpi 1º 37´ 24,05”S 78º 46´ 10,6”O 14,55
Cubijíes 1º 39´ 20,20”S 78º 33´ 39,6”O 8,97
Flores 1º 50´ 33,00”S 78º 39´ 45,0”O 21,33
Licán 1º 39´ 26,30”S 78º 44´ 45,3”O 11,60
Licto 1º 48´ 58,70”S 78º 38´ 27,6”O 18,30
Pungalá 1º 48´ 52,60”S 78º 34´ 3,30”O 19,89
Punín 1º 45´ 39,80”S 78º 41´ 6,00”O 13,07
Químiag 1º 40´ 8,80”S 78º 32´ 34,1”O 11,15
San Juan 1º 34´ 5,40”S 78º 48´ 37,6”O 20,93
San Luis 1º 42´ 34,50”S 78º 40´ 33,7”O 7,48
Nota: Las distancias indicadas son desde la UNACH cuyas coordenadas son 1º 39´6” S y 78º38´30” O.
Del análisis simulado de perles topográcos, desde la UNACH hasta cada parroquia del cantón Riobamba, se determinó que
son factibles los enlaces de microonda porque está despejado el haz electromagnético, en al menos 2 zonas de Fresnel del
obstáculo potencial, como se muestra en la Fig. 8.
Los equipos de microondas utilizados para realizar las pruebas fuera de la UNACH son de la marca SIAE Microelectrónica
modelo ALC plus 32E1 + Ethernet, y una antena THP-12 marca KATHERIN de alto rendimiento.
Pruebas del sistema
Las mediciones realizadas por el sistema han sido validadas por el Laboratorio de Ingeniería Industrial de la UNACH, con
equipos de mayor precisión. Los equipos utilizados se detallan en la Tabla 3.
Los resultados del cálculo de la aplicación de procesamiento de datos del sistema, se comparó con los obtenidos con el sof-
tware de Microsoft Excel. Al comparar los resultados, todos fueron iguales hasta la 5ta décima. El tiempo invertido para ingre-
sar y congurar los datos en Microsoft Excel fue mucho mayor con respecto a la aplicación del sistema. Los datos ingresados
para realizar esta prueba son los del “Experimento 15 – PSS” [6].
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UNACH CACHA
UNACH CUBIJÍES
UNACH LICÁN
UNACH PUNGALÁ
UNACH QUÍMIAG
UNACH SAN LUIS
UNACH FLORES
UNACH CALPI
UNACH LICTO
UNACH PUNÍN
UNACH SAN JUAN
Figura 8. Perles topográcos. UNACH – Parroquias cantón Riobamba.
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Tabla 3. Equipos de Laboratorio de Ingeniería Industrial - UNACH. Validación de medidas de sistema secador solar multiuso.
Magnitud Equipo de referencia Sensor Precisión En rango
Temperatura
Testo 480 THR-370/CM ± 0.4%
√
Testo 480 LM35 1 °C
√
Humedad Quest Techº 34 THR-370/CM ± 0.2%
√
Peso ADAM – PGW 253i TJH-1 0.02%
√
Anemómetro Meterman TMA10 ASP-I-D ± 0.4%
√
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
A diferencia de estaciones meteorológicas comerciales que están diseñadas para condiciones estándar, el sistema implemen-
tado está diseñado especícamente para el secador solar multiuso de la UNACH, bajo condiciones físicas y meteorológicas
de la ciudad de Riobamba. Esto incluye la ubicación de los sensores en lugares determinantes para la investigación, como
es en el colector, cámara de secado y chimenea; así como también los rangos de medición típicos de la zona. Las interfaces
implementadas en las aplicaciones son intuitivas y rápidas de congurar, en función de las características físicas del secador
solar. La aplicación de adquisición de datos solo necesita ser congurada el nombre y lugar donde serán guardados los datos
y el tiempo de muestreo. A diferencia de softwares de cálculo estadístico, como por ejemplo hojas de cálculo, la aplicación de
procesamiento de datos implementada, realiza los cálculos de estadística descriptiva, de todas las variables al mismo tiempo,
con solo seleccionar el lote de datos especícos, y mostrando los resultados en grácas, tablas e histogramas; permitiendo
al investigador contrastar mediciones entre distintos sensores y en rangos de tiempos especícos. La red de comunicaciones
provee portabilidad al secador solar multiuso, es decir que el equipo de investigación sin salir de las ocinas ubicadas en la
UNACH, puede monitorear al secador solar multiuso. Se ha implementado la red de tal forma que se tiene un canal dedicado
para la comunicación de datos, de tal manera que está libre de ataques, congestiones y no depende de infraestructura de red
de proveedores de internet.
CONCLUSIONES
El Sistema de Adquisición y registro de datos del Secador Solar Multiuso de la UNACH, funciona correctamente, dentro de
los rangos de tolerancia de los sensores instalados, especicados en la Tabla 1, y con muestreo congurable de 1, 5, 15, 30
y 60 minutos; así también el espacios de memoria ocupado por las mediciones es de n*150 Bytes, siendo n el número de
muestras.
Del procesamiento de datos de forma preliminar se obtuvo que en horas del mediodía la temperatura se incrementa por en-
cima de la temperatura ambiente en 6 ºC en el colector y 10 ºC en la cámara de secado, mientras que en horas de la noche
las temperaturas son similares.
La humedad relativa en horas del medio día es inferior a la del ambiente en un 17% en el colector y 20% en la cámara de
secado. Es decir que en el día es más seco al interior del secador solar con respecto al ambiente externo; así también las
mediciones de humedad relativa son similares tanto adentro como afuera del secador solar multiuso en horas de la noche
variando entre el 80 a 90 porciento.
Los tiempos de conguración en la aplicación desarrollada para realizar el análisis estadístico de datos, fueron alrededor de
15 minutos menos con respecto a software de análisis estadístico comercial.
Estos resultados se obtuvieron entre las fechas del 3 al 9 de junio del 2014, en pruebas al interior de la UNACH, con el en-
lace de microonda instalado entre el edicio de ingeniería industrial y el bloque B de la facultad de ingeniería, sin productos
a secar, y para constatar el correcto funcionamiento del sistema de adquisición y procesamiento de datos del secador solar
multiuso de la UNACH, bajo condiciones meteorológicas de la cuidad de Riobamba.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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bles-preparadas-con-secado-solar
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- Ecuador.
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Jiménez, G. (20 de 11 de 2012). Universidad de Veracruzana. Retrieved 04 de 12 de 2013 from http://cdigital.uv.mx/bitstream/123456789/31562/1/ferranjimenezgerar-
do%20.pdf
[4] Llanga, A. (2014). Diseño y construcción de un sistema de adquisición y registro de datos de telemetría para el proyecto de investigación secador solar multiuso de
la Universidad Nacional de Chimborazo. Quito: PUCE.
[5] Llanga, A. (15 de junio de 2014). 4shared. Retrieved 15 de Junio de 2014 from http://www.4shared.com/le/LGdYzGK9ba/EXPERIMENTO_15_-_PSS.html
[6] Montero, I. (11 de 2005). Universidad de Extremadura - Servicio de Publicaiones. Retrieved 01 de 12 de 2013 from http://dialnet.unirioja.es/descarga/tesis/576.pdf
[7] Luna, C., & Cruz, C. (4 de 2003). Repositorio UTE. Retrieved 05 de 12 de 2013 from http://repositorio.ute.edu.ec/bitstream/123456789/10970/1/20546_1.pdf
