REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITCNICO SANTIAGO MARIOEXTENSIN CARACAS

DISEO DE CONTROLADOR DIGITAL PARA MEDICIN DE PH, TEMPERATURA, NIVEL DEL AGUA, ACTIVACIN DE BOMBA DE RECIRCULACIN, E ILUMINACIN CON INDICADOR PARA ACUARIOS MARINOS DOMESTICOS

Autor(a): Osmel OrtizTutor(a): Roger HauAsesor(a) Metodolgico(a): Yarubi Ontiveros

Caracas, Agosto de 2014

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITCNICO SANTIAGO MARIOEXTENSIN CARACAS

ACEPTACIN DEL TUTOR ACADEMICO Y EL ASESORA METODOLOGICO

Por la presente hago constar que he ledo el Proyecto de Investigacin, que como Propuesta de Trabajo Especial de Grado ha presentado el ciudadano Osmel Ramses Ortiz Martinez, Cdula de Identidad N 14.406.893de Ingeniera de Ingeniera Electrnica; cuyo ttulo es DISEO DE CONTROLADOR DIGITAL PARA MEDICIN DE PH, TEMPERATURA, NIVEL DEL AGUA, ACTIVACIN DE BOMBA DE RECIRCULACIN, E ILUMINACIN CON INDICADOR PARA ACUARIOS MARINOS DOMESTICOS, y acepto actuar como Tutor Acadmico Ing. Roger Hau y acepto actuar como Asesora Metodolgica Lic. Yarubi Ontiveros durante la fase de ejecucin y presentacin de dicho trabajo.

En la ciudad de Caracas, a los 13 das del mes de Agosto de 2.014.

Roger Hau Yarubi OntiverosC.I. 6.397.571 C.I. 11.939.520

APROBACIN DE LA PROFESORA

En mi carcter de Profesora de la asignatura Proyecto de Investigacin hago constar que el ciudadano Osmel Ramses Ortiz Martinez, Cdula de Identidad N 14.406.893 de Ingeniera Electrnica; autor del Proyecto titulado: DISEO DE CONTROLADOR DIGITAL PARA MEDICIN DE PH, TEMPERATURA, NIVEL DEL AGUA, ACTIVACIN DE BOMBA DE RECIRCULACIN, E ILUMINACIN CON INDICADOR PARA ACUARIOS MARINOS DOMESTICOS , aprob dicha asignatura.En la ciudad de Caracas, a los 13 del mes de Agosto de 2.014.

Yarubi Ontiveros C.I. 11.939.520

INDICE GENERAL

CAPTULO IviiPlanteamiento del problema1Objetivo general5Objetivos especficos5Justificacin6CAPTULO II8Marco Referencial8Antecedentes de la Investigacin8Bases Tericas11Resea histrica de los acuarios marinos11Evolucin de los Acuarios15Tipos de Acuarios16Segn la salinidad16Segn su finalidad17Segn la temperatura del agua19El agua de mar y sus elementos21Conductividad elctrica del agua de mar24Densidad del agua de mar24pH del agua de mar25Gases del agua de mar25Definicin de pH y temperatura26El pH26La temperatura29Dispositivos electrnicos30Definicin de Instrumentacin.30Los sensores como parte de la Instrumentacin.31Introduccin a los Sensores32Tipos de Sensores.32Interruptores manuales33Sensores para automocin33Sensores de caudal de aire33Sensores de corriente33Sensores de humedad33Sensores de posicin de estado slido33Sensores de presin y fuerza34Sensores de turbidez34Sensores magnticos34Sensores de presin34Electrodo de pH34Funcionamiento de un Electrodo de pH36Elementos constructivos41Tipos de electrodos de pH42Equipos ofrecidos en el mercado43Otros sensores de pH44Electrodo de pHduinio44El pH-Stamp45Micro-pH45Sensor de temperatura45Termistor46RTD (resistance temperature detector)46Termopar46El termmetro digital modelo DS18B2047Caractersticas principales del sensor47Sensores de nivel49Electrovlvulas50Arduino52Arduino Uno54Referencia para pines analgicos (AREF)56Pines de tierra (GND)56Pines digitales de entrada y salida56Conector USB57Botn Reset57ICSP (In Circuit Serial Programming)57Microcontrolador ATmega32857Fuente de alimentacin externa58Pin de Reset58Pin de 3.3V58Pin de 5V58Pin de Vin58Pines analgicos59Microcontrolador PIC16F87759Rel63Rels electromecnicos63Rels de ncleo mvil64Rel tipo reed o de lengeta:64Rels polarizados o biestables64Rel de estado slido64Rel de corriente alterna65Rel de lminas65Ventajas del uso de rels65Modulacin de ancho de pulso66Modulacin de ancho de pulso en los motores68Modulacin de ancho de pulso como conversor ADC68Display LCD (pantalla de Cristal Liquido)69Diodo LED69Bases legales75Definicin de trminos94CAPTULO III96Marco Metodolgico96Modalidad de la investigacin96Tipo de investigacin97Nivel de la Investigacin98Poblacin y Muestra99Poblacin99Muestra100Tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos102Validez y Confiabilidad103Confiabilidad103Tcnicas de Procesamiento y Anlisis de Datos104Procedimientos (Fases, Etapas y Actividades)104Procedimiento Fase de Diagnstico104Fase de Alternativas de Solucin105Fase de propuesta105Operacionalizacin de variables109REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS111REFERENCIAS ELECTRNICAS113REFERENCIAS LEGALES114

INDICE DE CUADROS

Cuadro 1: Composicin de solutos del agua de mar22Cuadro 2: Tabla de pH a la presin de 1 atmosfrica28Cuadro 3: Electrodos de pH disponibles en el mercado43Cuadro 4: Especificaciones tcnicas de Arduino ATmega32855Cuadro 5: La mxima capacidad de corriente total de los puertos61Cuadro 6: Descripcin de pines del PIC16F87762Cuadro 7. Cuadro de Variable93Cuadro 8. Diagrama de Gantt del proyecto.107Cuadro 9. Cuadro de costos108Cuadro 10.Diagrama de Gantt del proyecto110

INDICE DE FIGURASFigura 1. Escala de pH27Figura 2: Electrodo de vidrio. Vista general y detalle de la membrana intercambiadora de iones.35Figura3: Esquema de los dos electrodos usados para medir pH. Dibujo gentileza de Mc Q. Arturo Bolaos Guillen36Figura4: Circuito formado por los electrodos, representados por sus resistencias aproximadas, y el sistema de adquisicin.38Figura 5: Circuito de precisin amplificador de la seal de pH. Dibujo gentileza de Eric Gill38Figura 6: Electrodo de pH con cuerpo de vidrio, sellado y relleno con gel. Weiss Importancia y aplicaciones43Figura 7: Termmetro digital DS18B2048Figura 8: Funcionamiento de una electrovlvula52Figura 9: Tarjeta Mega Arduino modelo256054Figura10: Tarjeta Arduino modelo Uno54Figura11: Elementos de la placa Arduino Uno55Figura 12: Distribucion de pines de PIC16F87760Figura 13: Partes de un rel66Figura 14: Seal deonda cuadradadeamplitudacotada (,) mostrando el ciclo de trabajo67Figura 15: Diagrama de ejemplo de la utilizacin de la modulacin de ancho de pulsos en un variador de frecuencia69Figura16: Diodo Led emisor de luz71Figura 17: Parte de un Diodo Led74Fig. 18 - Diagrama de bloque del prototipo.106

vii

CAPTULO I

Planteamiento del problema

Los ecosistemas marinos estn dentro de los ecosistemas acuticos. Incluyen los ocanos, mares y marismas, entre otros. Se puede decir que la vida surgi y evolucion en el mar aunque el medio marino es muy estable, si lo comparamos con los hbitats terrestres o de agua dulce. Las temperaturas de las grandes masas ocenicas varan poco, as como la salinidad del agua. La composicin inica del agua de mar es similar a la de los fluidos corporales de la mayora de los organismos marinos, lo que soluciona laregulacin osmtica.Cuando se habla de acuarios marinos generalmente se refiere a organismos de mares tropicales, son estos los mares que albergan la flora y fauna ms vistosa y extica, tanto por el colorido como por la diversidad de formas; los actores principales han sido los peces pero con el correr del tiempo se han ido incorporando a la escena cangrejos, estrellas, camarones, erizos,anmonas, plipos,coralesy muchos otras formas de vida. Existiese un principio generalizado para la construccin de un acuario marino, seguramente sea el tratar de realizarlo reproduciendo a la naturaleza lo ms fielmente que sea posible. Pero, cmo es el medio marino si bien existe una amplia variedad de ambientes marinos, cada uno de ellos con sus particularidades, es posible generalizar algunas caractersticas que poseen las aguas marinas tropicales en zonas de arrecifes coralinos o aledaas, que son los ambientes de donde provienen la mayora de los peces e invertebrados de inters eucarstico. El sol cumple un papel fundamental en la creacin de ecosistemas as como el desarrollo de seres viviente como corales, la cual le permite la transformacin, alimentacin entre otras.

La iluminacin es intensa, la luz solar penetra el agua entregando a las algas la energa necesaria para su desarrollo, convirtindose as en el combustible que har funcionar este ecosistema. La concentracin de oxigeno es sumamente elevada, se encuentra a valores cercanos a la saturacin o de sobresaturacin. Los nutrientes minerales como nitratos y fosfatos, necesarios para las algas, se encuentran a muy baja concentracin, al igual que la materia orgnica de la cual se nutren los animales.

Los acuarios marinos tradicionales tienen como elemento central el filtro de placas en donde el agua es forzada a travs de un sustrato (tipo arena de coral) el cual funciona como filtro mecnico (retencin de partculas slidas en suspensin) a la vez que filtro biolgico donde la materia orgnica retenida es degradada por accin bacteriana a materia inorgnica (proceso de mineralizacin).

Estos filtros pueden complementarse o reemplazarse con filtros externos tipo mochila, o botella, para aumentar la capacidad biolgica del sistema, o tambin los filtros llamados wet-dry, que adems mejoran enormemente la ventilacin del sistema (intercambio gaseoso). Pero en todos estos casos de filtracin tipo tradicional, el proceso de mineralizacin de la materia orgnica conduce inevitablemente a la acumulacin de sustancias txicas (nitratos, fosfatos) que debern ser retiradas mediante cambios parciales de agua.

En los acuarios marinos llamados naturales se minimiza o se evitan los filtros mecnicos y biolgicos, por el espumador, el cual es un elemento central que es aqu maximizado. La filtracin biolgica en estos sistemas naturales es llevada a cabo por lo que se denomina roca viva, que son rocas sacadas del fondo del mar que tienen organismos vivos en su superficie y en su seno, que pueden complementarse con un sustrato de arena de coral. El otro elemento fundamental es una fuerte iluminacin que favorece el desarrollo de algas que absorben nutrientes minerales compensando as los producidos por el proceso de mineralizacin.

Existe una gama intermedia entre lo que denominamos acuarios tradicionales y naturales. Mientras que los primeros son ms adecuados para peces, los ltimos lo son para invertebrados, especialmente corales vivos. Estos acuarios son los llamados Acuarios de Arrecife, Minireef o simplemente Reef. En los tipos intermedios que podramos llamar seminaturales tambin podemos tener unos cuntos invertebrados como anmonas con sus peces payasos, estrellas, erizos, cangrejos, camarones, etc.

En la medida que avancemos hacia sistemas ms naturales y de mayor tamao tendremos sistemas de mayor estabilidad, mayor densidad de formas vivas y menor asistencia pero hay tener en cuenta que mantener estos sistema en total estabilidad requiere de los equipamientos mencionado anteriormente, para ellos se necesitara una supervisin por lo menos una vez a la semana del equipamiento que mantienen la estabilidad del ecosistema marino dentro de los acuarios, todo estos equipamiento filtros espumadores termmetros deben ser verificado si se genera alguna variacin dentro de estos acuario marinos, as como la evaporacin del de agua que debido a la cantidad de equipos de filtrante que funcionan a travs de bombas as como las que genera la oxigenacin del agua.

La intensidad de la luz tambin contribuye en este proceso mencionado con anterioridad todo eso se genera constantemente, de esta manera nace la necesidad de disear un dispositivo capaz de realizarme verificaciones, mediciones, simultaneas del ecosistema marino dentro del los acuarios, por medio de una tarjeta controladora que pueda tomar en tiempo real valores como pH, temperatura, realizarme sustitucin de agua debido a la evaporacin, entre otras; todo esto se realizara de la siguiente manera, diseando una tarjeta controladora conectada a un conjunto de sensores capaces de medir las variaciones dentro del estanque, como el pH, temperatura y estabilizarla, reponer el nivel de agua faltante, tambin controlar la recirculacin de las bombas de agua para crear olas artificiales que genera oxigenacin del agua y hacer variaciones de la iluminacin como el encendido de una series de luces de diodos led en diferente etapas del da, todo est estar visualizado a travs de una pantalla de cristal liquido (LCD) que permitir al usuario tener el control de la misma y ver algn tipo de variaciones ocurridas dentro del acuario marinos.

Cules serian los datos de estabilidad del agua de mar para poder mantener la estabilidad del ecosistema natural dentro de acuarios marinos?Cules tipos de sensores son ideales para poder controlar las variaciones de temperatura y pH del ambiente y a travs de que dispositivos se realizaran las lecturas?Qu componentes se utilizaran para que la controladora pueda procesar la informacin obtenida para la medicin de pH, temperatura y nivel de agua para acuarios marinos? Cmo se desarrolla una controladora para medir pH, temperatura, nivel de agua para acuarios marinosObjetivo generalDisear una controladora digital para mediciones de pH, temperatura, nivel del agua, activacin de bomba de recirculacin, e iluminacin con indicador para acuarios marinos domsticos.

Objetivos especficosAnalizar los datos generados por el agua de los estanques marinos.Determinar los sensores adecuados de pH, temperaturas y de nivel de agua para ser utilizadas dentro de los acuario marinos.Definir los componentes electrnicos que se utilizaran para el procesamiento de informacin de la controladora de pH, temperatura y nivel del agua para acuarios marinos.Desarrollar la controladora digital para mediciones pH, temperatura y nivel de lquido para acuarios marinos.

JustificacinPara tener lo ms cercano a un acuario dentro de cuatro paredes de cristal en nuestros hogares siempre pensamos en la dificultad que es mantenerlo, porque requiere supervisin as como variedades de equipos filtrante, de oxigenacin del agua, iluminacin, medidores de pH, temperatura, reactores de calcio y fosfato entre otros parmetros esenciales para poder mantener vivo estos organismos. Todos estos equipos necesita que estn en contante observacin as como su mediciones de parmetros como pH, temperatura, fosfato, calcio entre otros por lo menos una vez por semana debido a que pueden ocurrir algn tipo de variacin dentro del ecosistema del acuario marinos y pueden causar la muertes a los organismos vivos, se pude mencionar otros equipos que tambin depende de niveles de agua o de otros equipo, para as evitar dao a los equipos. En esta investigacin se desarrollara un controladora digital capaz de realizar mediciones en tiempo real de niveles de pH, temperatura, niveles de cantidad de agua marina que contenga el estanque o acuario, controlar la iluminacin, y bombas de recirculacin de agua para creacin de olas artificiales que permitirn la oxigenacin, todo esto estar visualizado por medio de una Pantalla de Cristal Liquido (LCD).Esta controladora digital estar conectadas una serie de sensores capaces de verificar el nivel mximo y mnimo de lquido, y ser capaz de reponer automticamente agua si le es necesario, para el niveles de pH de igual manera un sensor capaz de medirme los rangos de alcalinidad, o acides de medio dentro del acuario marino, la temperatura tendr un seor o electrodo que emitir valores de de calidez del agua del acuario marino, se diseara un control de iluminacin compuesta de luces LED la misma me estar simulando los diferentes estepas o cambios de iluminacin que ocurre durante el da, bomba de recirculacin que permitir simular los movimientos de la olas de mar permitiendo la oxigenacin de la misma; todos estos dispositivos irn enlazados e interconectados y controlado por medio de un micro controlador PIC la cual tendr una interface visual (LCD) que permitir verificar los datos suministrados por la controladora digital para acuario marinos y visualizado. Esta controladora le dar la solucin de recoleccin datos como pH, temperatura control total de la iluminacin como el generador de olas artificiales, todos dispositivos estarn integradas en una sola tarjeta fsica que har todo automticamente, para as ser ms fcil su mantenimiento y puedan mantenerse el ecosistema estable dentro del acuario y con mucha vida.

CAPTULO IIMarco ReferencialAntecedentes de la Investigacin

Las investigaciones vinculadas al presente proyecto, en diferentes instituciones, servirn como respaldo a la investigacin:

Dulanto (2009), Diseo de un sistema de monitoreo remoto de parmetros ambientales crticos de la planta piloto de acuicultura de la PUCP, pontificia Universidad Catlica del Per facultad de ciencias e ingeniera, Tesis para optar el Ttulo de Ingeniero Electrnico, proyecto de tesis tiene como objetivo disear un sistema electrnico capaz de leer los parmetros crticos (temperatura, pH y nivel de agua en el tanque) que influyen en la crianza de peces Tilapia en la Planta piloto de recirculacin instalada en la PUCP.

La investigacin citada busca cumplir el siguiente objetivo general Disear un sistema de monitoreo remoto de parmetros ambientales crticos para la planta piloto de acuicultura de la PUCP, y como objetivos especifico los siguientes en primer lugar, Disear los circuitos de adquisicin y acondicionamiento para los parmetros de: Temperatura, pH; y nivel de agua en el estanque, como segundo objetivo especifico Seleccionar y programar el mdulo encargado del procesamiento de los parmetros adquiridos y la conexin de estos a la red de trabajo y por ultimo Disear el sistema de comunicacin del mdulo de procesamiento con la red de trabajo de la PUCP.Es proyecto factible porque presenta un sistema electrnico capaz de leer variaciones dentro del agua atreves de sensores de temperatura, pH y nivel del agua que influye para las crianzas de especies acuticas.La Cruz, Jimnez y Segura (2009), Implementacin de una red de comunicacin en los equipos del proceso de saponificacin de jabn, tesis para obtener el ttulo de ingeniero en control y automatizacin, que (La Cruz, Jimnez y Segura), presenta como objetivo general Implementar un sistema de medicin de temperatura y nivel de pH (de la mezcla contenida en el vaso de saponificacin) que permita la manipulacin de dichos valores desde el cuarto de control mediante una red de comunicacin industrial; y como objetivos especifico presenta los siguientes objetivos a)Realizar un estudio acerca del proceso de saponificacin para mejorar el funcionamiento manual del equipo de saponificacin del jabn. b) Proponer los elementos (sensores de temperatura, pH, el sistema de pesaje, el PLC, vlvulas), para la implementacin de una red industrial c) Proponer un diagrama de tuberas e instrumentacin (DTI), para el proceso de saponificacin. d) Desarrollar una propuesta de la Topologa de la red industrial seleccionada. e) Configurar la red industrial seleccionada f) Proponer el Controlador Lgico Programable (PLC).

Con base anterior se puede observar que los, (La Cruz, Jimnez y Segura) implementa un sistema de medicin de temperatura y nivel de pH (de la mezcla contenida en el vaso de saponificacin) para la elaboracin de jabn por medio de un sistema de control de una red de comunicacin para las industrias. Esta investigacin me aporta la informacin necesaria de los dispositivos utilizados para la medicin de mediciones temperatura, y flujo de lquido a travs de los tipos de electrovlvulas para as poder obtener los tipos de dispositivos que se puede utilizarse dentro de la investigacin que se est llevando a cabo

Trejo (20014), Diseo de automatizacin del laboratorio de acuicultura del IMARPE mediante un SCADA, Trabajo de fin de carrera para optar el Ttulo de Ingeniero Mecatrnico, El objetivo de esta investigacin es Disear la automatizacin del laboratorio de criadero de especies marinas mediante un sistema SCADA (Supervisin, Control y Adquisicin de Datos) que brinde la opcin de controlar y monitorear diversos parmetros remotamente. La temperatura, el flujo de oxigenacin, el caudal del agua de mar, radiacin UV e iluminacin son las medidas ms esenciales. Por ello, se emplean PLCs para las seales de control con sus respectivos mdulos de expansin de entradas y salidas, ya sean analgicas, digitales o del tipo rel. Asimismo, se cuentan con sensores, actuadores y transmisores de acuerdo a los requerimientos de cada sala. Al mismo tiempo, se emplean micro-controladores Arduino para un sistema de fotoperiodo, cuyo fin es simular la iluminacin que reciben las especies para poder regular sus funciones biolgicas.

Trejo en esta investigacin oporto informacin factible sobre los sensores adecuado de temperatura, flujo de caudal, nivel de lquidos para ser usados para la crianza de especies marina en cautiverio, como esquemas electrnicos para realizar las conexiones del sistema iluminaria a travs de Arduino para la proliferacin de micro algas y otros organismo marinos

Bases TericasResea histrica de los acuarios marinos

La palabra acuario proviene del latn aqua, que significa agua, ms el sufijo -rium, que significa lugar o edificio. El trmino se le atribuye a Philip Henry Gosse, explica Brunner (2005), quien utilizaba la expresin vivario en su libro (sic) A Naturalist's Rambles on the Devonshire Coast, publicado en 1885, como vocablo intercambiable con acuario marino. Pero al ao siguiente ya lo sustituy por la nueva voz en su trabajo (sic) The Aquarium: An Unveiling of the Wonders of the Deap Sea. Siguiendo las explicaciones de Burnner, para Gosse acuario constitua una palabra ms fcil de pronunciar y de recordar, dejando vivario para las urnas con anfibios y reptiles. Se poda llamar tambin aqua vivarium, pero entendi que aquarium era la forma neutra de aquarius, adems de aportar reminiscencias latinas. Por derivacin, la ciencia o la parte de la biologa que estudia los acuarios se llamara acuariologa. Pese a ser acuado en el siglo XIX, el trmino no lo recoge la Real Academia Espaola, aun siendo muy utilizado en la literatura especializada, no slo en manuales de instrucciones y divulgacin, investigaciones como la de Pedro Art (1958) ya lo llevaban por ttulo a finales de los aos 50. Brunner (2005, p. 38)

El concepto de acuario se diferencia del de pecera por las condiciones ambientales. Para el primer caso estas son permanentes, controladas y adaptadas a los organismos que van a vivir en l. Los acuarios ms sofisticados pueden albergar ecosistemas tan delicados como un arrecife de coral, al estar dotados de sistemas de iluminacin, generadores de olas, filtros fsicos, biolgicos y qumicos, termostatos, bombas dosificadoras de elementos, relojes, alimentadores y un largo etctera. Por su parte, una pecera carece de todo ese instrumental. Es un recipiente de diferentes tamaos, formas y materiales, construido con el fin de mantener y observar peces y otros organismos acuticos.

La voz acuario es de uso neutro, no as el trmino pecera, el cual posee connotaciones negativas por representar una especie de tortura para los inquilinos que les haya tocado en suerte malvivir en ella, pues la pecera tpica es una bola de cristal, abierta por arriba a travs de un agujero circular, con un fondo plano, en el que se mantiene agua y los peces de colores. Al no estar controladas las condiciones ambientales, el agua debe ser sustituida cada cierto tiempo por otra sin clorar para eliminar toxinas y aportar oxgeno, respirado por los animales del interior. En estas circunstancias generalmente slo sobreviven especies robustas, como carpas doradas (Carassius auratus). Afortunadamente para sus pobladores, las peceras casi han desaparecido, segn Dreyer y Keppler (1996, p. 13).

Pese al origen latino de la palabra, el nombre no proviene de la literatura romana, si bien es verdad que los romanos practicaban un arte similar, si hacemos caso de los datos proporcionados por Plinio el Viejo, citado por Bernd Brunner (2005, p. 21). El cuidado de peces en entornos cerrados o artificiales, acuariofilia o acuicultura, es una prctica que se remonta varios siglos antes de Cristo. Los sumerios eran conocidos por mantener peces en estanques, antes de su consumo. Peter W. Scott (1995, p. 6) indica que tambin se han encontrado descripciones del pez sagrado Oxyrhynchus en el arte egipcio antiguo. Para Hargrove y Hargrove (2011, p. 17) las primeras evidencias arqueolgicas sobre la tenencia de peces en recipientes con fines recreativos provienen de esta civilizacin, no de la sumeria.

Scott (1995, p. 6 y 7) mantiene que costumbres similares a la acuariologa se daban en otras culturas y cita la reproduccin selectiva en China de la carpa entre el 618 al 907 DC. Dicha reproduccin deriv en los hoy populares kois y carpas doradas. Asimismo, tambin Scott (1995, p. 7) menciona la existencia de slidas evidencias sobre el gusto de los chinos durante la dinasta Song por los peces de colores en recipientes cermicos grandes con fines recreativos. Autores como Pedro Art (1958, p. 6) indican que no se cuenta con pruebas sobre la prcticas chinas en particular y orientales en general, pero el autor no duda en afirmar que debieron existir y se orientaban casi exclusivamente a especies de agua dulce. Esta prctica perdur, de algn modo, en varios pases de Asia, como Corea del Norte, tanto es as que Kang Chol-Hwan y Chor-Hwan Kang (2002) destacaban lo muy comn de esta aficin entre los nios de Pyongyang, quienes acudan a los ros para capturar ejemplares nuevos.

El concepto de un recipiente transparente para su uso en interiores con el fin de observar distintos tipos de animales y plantas, en muchas ocasiones muertos, surgi aproximadamente en el siglo XVIII. Brunner (2005, p. 9) constata la pasin de gentes acomodadas por coleccionar conchas y animales, especialmente marinos, para disfrute de propietarios e invitados. Nuevamente Bernd Brunner (2005, p. 17 y 18), autor de una monografa sobre la historia de la acuariologa, destaca la coleccin reunida por Levinus Vincent, hacia 1706, en la que sobresalan los corales.

El bilogo Abraham Trembley conserv, en grandes cilindros de vidrio, una hidra que captur en los canales del jardn 'Sorgvliet', en los Pases Bajos. El fin no era esttico sino cientfico, pues Trembley pretenda estudiar la hidra. Pese a este logro, la ciencia impuls pocos avances para llegar al acuario actual. Para Brunner (2005, p. 20) el primer gran paso hacia el acuario moderno lo trajo de nuevo el coleccionismo, pero en esta segunda etapa sera el coleccionismo de seres vivos. Durante la primera mitad del siglo XIX, en Gran Bretaa se puso de moda coleccionar helechos, especialmente tropicales. Por tanto tenan que ser transportados desde su lugar de origen en buenas condiciones de humedad. Esto slo poda lograrse llevando las plantas en urnas estancas capaces de conservar tierra hmeda y agua en su interior. El siguiente paso para llegar al acuario moderno consistira en aadir ms agua que tierra. Nathaniel Bagshaw Ward propuso en 1838 conseguir algo as y en 1841 logr llenar un recipiente de agua, con plantas acuticas y peces de juguete. Entre las dos fechas, el zologo francs Flix Dujardin afirm poseer un acuario de agua salada. Pero fue la zologa marina Anna Tynne la que logr mantener un acuario marino con corales durante varios aos gracias a la casualidad, el agua se renovaba gracias a la lluvia cada por la ventana. Una longevidad como esa constituy un logro sin parangn para la poca y atrajo la curiosidad de otros cientficos (Brunner, 2005, p. 35 y 36).

Los primeros acuarios consistan en armazones metlicos en los que se incrustaban los cristales, lo cual reduca la visin del interior. Pese a que los objetos y animales ms demandados para coleccionar y admirar eran los marinos, los acuarios de agua salada tuvieron un desarrollo mucho ms lento que los de agua dulce, aun siendo los primeros en investigarse. La razn de dicho retraso estriba en que la ciencia de la poca dispona de menos conocimientos sobre los distintos medios marinos y, por tanto, no se saba cmo recrearlos y especialmente cmo mantenerlos. El agua salada era difcil de obtener y ms an de sintetizar. Adems, los mrgenes de temperatura son ms estrechos para estos ambientes que para los fluviales y lacustres, y lo mismo sucede con los rangos de oxigenacin. Por todo, autores como Michael S. Paletta (2003, p. 10) afirman que los avances conseguidos en el cuidado de acuarios marinos han sido ms bien especulaciones o adquisiciones por medio del ensayo y error, sin partir de conocimientos ictiolgicos u oceanogrficos previos. Segn el mismo autor, los acuarios de agua salada vivieron su gran avance tras la Segunda Guerra Mundial, con el desarrollo del buceo con escafandra autnoma, momento en el que los fondos marinos tropicales pudieron ser contemplados por gran cantidad de personas, lo que volvi a disparar su demanda y la necesidad de indagaciones para el asesoramiento.

Evolucin de los AcuariosUn acuario de tipo marino, es un pequeo ecosistema donde conviven diversos organismos vivos, desde simples bacterias hasta los ms elaborados y vistosos diseos de colores y formas de algunos peces e invertebrados; contando tambin a las algas microscpicas y macroscpicas. Se trata de una pequea rplica de mar, que pretende asemejarse lo ms posible a ste.

Los acuarios marinos generalmente se refiere a organismos de mares tropicales, son estos los mares que albergan la flora y fauna ms vistosa y extica, tanto por el colorido como por la diversidad de formas. Tradicionalmente, los actores principales han sido los peces pero con el correr del tiempo se han ido incorporando a la escena cangrejos, estrellas, camarones, erizos, anmonas, plipos, corales y muchos otras formas de vida. El acuario marino ya no es slo un fantstico objeto decorativo, es una ventana a travs de la cual y mediante simple observacin, podremos perdernos indefinidamente y sentirnos ligados con la naturaleza. All, criaturas misteriosas conviven de un modo nico: algunas se disputaran el espacio o el alimento, otras entrarn en ntimo contacto mediante relaciones simbiticas de mutuo beneficio, otras se devorarn, y otras se reproducirn en este pequeo universo tan singular y cambiante.

Segn Bello (1982) Un acuario es un recipiente de vidrio u otros materiales, generalmente transparentes, dotado de los componentes mecnicos que hacen posible la recreacin de ambientes subacuticos de agua dulce, marina o salobre, con el fin de albergar un ecosistema correspondiente a esos ambientes, con peces, invertebrados, plantas y casi cualquier animal fluvial o marino.

Benam de Bello, Estrella (1982). El acuario: un recurso para el aprendizaje. Caracas: Ediciones CENMAEC. p. 85.

Tipos de Acuarios

Las tipologas de acuarios son muy variadas segn el concepto empleado para realizar la clasificacin. As, pueden ser privados o pblicos, industriales o fabricados a medida, polidricos o rectangulares, etc. A continuacin se utiliza tres criterios empleados por autores como Hargrove y Hargrove (2011), Paletta (2003) o Dreyer y Keppler (1996) para realizar otras tantas clasificaciones.

Segn la salinidadTomando como elemento diferenciador la concentracin de sal en el agua, en concreto la de sales minerales, puede haber dos o tres tipos, segn el autor consultado. Como se ver seguidamente, algunos expertos realizan slo dos clasificaciones, mientras que otros subdividen las respectivas clases en muchas ms; por lo tanto, los tres tipos descritos a continuacin no deben tomarse como consensuados, y mucho menos unnimes:

Acuarios de agua dulce: poseen una concentracin de sales inferior al 0,5 % y tratan de simular un ambiente lacustre o fluvial. Para Hargrove y Hargrove (2011, p. 18 y 19) este tipo se podra subdividir a su vez en acuarios de agua dulce tropical y los de agua dulce fra. Para Peter Scott (1995, p. 110 a 54 y siguientes) se podran subdividir a su vez en acuarios amaznicos, del sureste asitico, de Papa Nueva Guinea, etc.

Acuarios de agua salada: los que cuentan con una concentracin salina entre 5 % y 18 %. En ellos se recrea un ambiente de arrecife, costero u ocenico. Han demostrado ser los ms difciles de mantener y estabilizar por las peculiaridades del agua salada. Para Paletta et l. (1999, p. 19) o Hargrove y Hargrove (2011, p. 20) todos son acuarios marinos, pese a reconocer ciertas diferencias, punto de vista no compartido por Scott (1995, p. 130 a 146), quien s los trata de forma distinta.

Acuarios de agua salobre: simulan los ambientes intermedios en cuanto a concentracin salina, como por ejemplo albuferas o estuarios, con concentraciones salinas comprendidas entre 0,5 %-5 %. Existe cierta discrepancia entre los autores acerca de si son o no un tipo diferente de los anteriores. Paletta (2003, p. 42) no los trata como un tipo lo suficientemente diferenciado, no as Hargrove y Hargrove (2011, p. 20) y menos an Scott (1995, p. 110 a 122), quien distingue incluso aguas salobres del Sureste asitico, frica o Amrica Central.

Segn su finalidadLos recipientes, el tamao y los elementos necesarios para mantener un acuario pueden variar dependiendo del objetivo que deba conseguir; por esta razn, expertos como Scott (1995, p. 130 y siguientes) hacen distinciones entre unas instalaciones y otras. Es posible encontrar los siguientes tipos:

Acuarios comunitarios: donde viven peces y plantas de diversas especies, independientemente de su lugar de origen, pero agrupados por caractersticas ambientales parecidas.Acuarios de especie individual o especficos: contienen una determinada especie de pez, crustceo o planta.

Acuarios de biotopo: denominados as porque renen peces y plantas que pertenecen a un mismo hbitat y slo los que pertenecen a l. Se crean con el fin de recrear un determinado ambiente.

Acuarios plantados, tambin llamados acuarios holandeses: constituyen un tipo especial de acuario que tiene su origen en los aos 70 y son poblados principal o nicamente por plantas. Resultan algo ms difciles de mantener, al no existir animales que produzcan abono natural para la flora. Son especialmente adecuados para el paisajismo acutico, actividad que consiste en crear paisajes sumergidos, alternando plantas de distintas alturas, segn Dreyer y Keppler (1996).

Acuarios de reproduccin: son los ms orientados a la produccin industrial por imitar las condiciones ambientales ideales de una o pocas especies, con el fin de facilitar su reproduccin.

Acuarios de cra: su misin es proporcionar las mejores condiciones para las cras nacidas en los acuarios de reproduccin y permitir el crecimiento rpido y sano de una sola especie, ya sea por motivos de seleccin de raza o con fines comerciales.

Segn la temperatura del aguaLa temperatura marca el ritmo biolgico de los seres vivos que habitan en ella, especialmente de los peces por su condicin de animales con temperatura corporal variable. Por este motivo, autores como Hargrove y Hargrove (2011, p. 18 y 19) dividen las instalaciones de agua dulce en dos tipos. Por una parte, los acuarios de agua fra, donde la temperatura oscila entre 18 y 22 C aproximadamente, por lo que van dotados de una resistencia elctrica para impedir un descenso por debajo de los 15 C. Se utilizan sobre todo para albergar peces exticos resistentes. Despus estaran los ms comunes acuarios tropicales, en los cuales el agua oscila entre 23 y 28 C aproximadamente, gracias al mencionado uso de resistencias elctricas reguladas por termostatos.

Los ecosistemas de agua salada domsticos seran todos tropicales, pero los pblicos pueden llegar casi a los 0 grados para permitir la vida de aves y mamferos provenientes de la Antrtida o del ocano rtico. Por ltimo, estaran las peceras, descritas en el apartado Etimologa. Son relativamente fciles y econmicas de mantener, pues estn desprovistas de climatizacin y normalmente tambin de filtracin. La temperatura vara segn las estaciones y suelen albergar carpas doradas, aunque estas necesitan cuarenta litros por pez y mucho oxgeno. Las peceras tienen la superficie de intercambio de gases muy pequea, por lo que los animales pueden morir asfixiados. Han aparecido peceras esfricas dotadas de filtro y calentador. Pese a ello siguen sin ser adecuadas, pues los cristales curvos deforman la imagen, daando la visin de los pobladores. Adems, se ha demostrado que los peces se orientan principalmente por las vibraciones del agua, y los recipientes esfricos siempre las devuelven distorsionadas, angustiando a los animales. Segn Dreyer y Keppler (1996, p. 13).

El Agua es una sustancia qumica que tiene propiedades muy peculiares, una de ellas es su gran poder de disolver, se le ha llamado " El solvente Universal ", es por ello que casi nunca encontramos una agua "Pura". Normalmente el agua se clasifica segn su origen y las sustancias que tiene en solucin: Clasificacin del agua segn su origen:

Agua subterrnea-Esta se aloja en los acuferos bajo la superficie de la tierra. Agua de deshielo-es la fusin de las nieves y de los heleros, como consecuencia del aumento de las temperaturas en la primavera. Agua meterica-Corresponde esta denominacin al agua de lluvia, nieve, granizo, etc. Agua inherente la que forma parte de una roca Agua fsil-es agua subterrnea que ha permanecido en un acufero por milenios Agua dulce-es agua que contiene cantidades mnimas de sales disueltas, especialmente cloruro sdico. Agua superficial-Agua naturalmente expuesta a la atmsfera, como en los ros, lagos, reservorios, pozos, flujos, mares, estuarios. Agua mineral rica en minerales. Agua salobre -ligeramente salada. Agua muerta extrao fenmeno que ocurre cuando una masa de agua dulce o ligeramente salada circula sobre una masa de agua ms salada, mezclndose ligeramente. Agua de mar-Es salada por la concentracin de sales minerales disueltas Salmuera - de elevado contenido en sales, especialmente cloruro de sodio.El agua de mar y sus elementos

El agua de mar o agua salada es una solucin hecha o basada en agua que compone los ocanos y mares de la Tierra. Es salada por la concentracin de sales minerales disueltas que contiene, un 35 (3,5 % o 35 g/L) como media. La densidad media en superficie es de 1,025 g/ml, siendo ms densa que el agua dulce y el agua pura. A mayor contenido en sal ms baja su punto de fusin, por lo que el agua del mar se convierte en hielo sobre los 2 C, si bien se ha registrado1 una corriente en la Antrtida a 2,6 C. El ocano contiene un 97,25 % del total de agua que forma la hidrosfera.

Las teoras cientficas detrs de los orgenes del agua marina empezaron con Edmond Halley en 1715, quien propuso que la sal y otros minerales fueron arrastrados al mar por los ros desde los continentes. Estos provendran del lavado continuo de los minerales terrestres mediante la lluvia. Una vez llegando al ocano, estas sales se fueron concentrando cada vez ms en los ocanos mediante el ciclo hidrolgico. Halley tambin se dio cuenta que aquellos lagos que no tenan salida al mar (como el Mar Muerto o el Mar Caspio) tenan altas concentraciones salinas. Halley denomin al proceso "desgaste continental".

La teora de Halley era parcialmente correcta. A esto habra que aadirle el sodio sobre el fondo ocenico cuando ste se form. La presencia del otro ion salino, el cloro parece provenir de los escapes gaseosos provenientes del interior de la Tierra y que escapan va hidrotermal o en las erupciones volcnicas. La teora comnmente aceptada es que la salinidad ha sido estable durante la vida de la Tierra, y que los iones de sal mantienen un ciclo continuo que los hace penetrar y ser expulsados en el interior de la Tierra. De esta forma las sales reaccionan con los basaltos del fondo ocenico, que una vez tragados mediante el proceso de subduccin vuelven a salir expulsados por las corrientes hidrotermales y los volcanes.2 Hoy por hoy los modelos estn siendo cuestionados, existiendo varias publicaciones que discuten sobre la posibilidad de que los ocanos arcaicos fueran mucho ms salinos que en la actualidad.Composicin de solutos slidos del agua de mar, cada uno expresado como porcentaje del total

Cuadro 1: composicin de solutos del agua de marFuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Agua_de_marEl cuadro 1 muestra la composicin de solutos slidos del agua de mar, cada uno expresado como porcentaje del total. El agua de mar es una disolucin en agua (H2O) de muy diversas sustancias. Hasta los 2/3 de los elementos qumicos naturales estn presentes en el agua de mar, aunque la mayora slo como trazas. Seis componentes, todos ellos iones, dan cuenta de ms del 99 % de la composicin de solutos.

El estudio de la composicin se simplifica por el hecho de que las proporciones de los componentes son siempre aproximadamente las mismas, aunque la concentracin conjunta de todos ellos es enormemente variable. Nos referimos a esa concentracin total como salinidad, que suele expresarse en tanto por mil (%). Gracias a la universalidad de su composicin, la salinidad suele ser estimada a partir de la medicin de un solo parmetro, como la conductividad elctrica, el ndice de refraccin o la concentracin de uno de sus componentes, generalmente el ion cloruro (Cl-). La salinidad presenta variaciones cuando se comparan las cuencas, las distintas latitudes o las diferentes profundidades. Favorece una salinidad ms elevada la evaporacin ms intensa propia de las latitudes tropicales, sobre todo en la superficie, y una menor salinidad la proximidad de la desembocadura de ros caudalosos y las precipitaciones elevadas. De todos los mares abiertos es el mar Rojo el que presenta mayor salinidad (40 %) bordeado como est de regiones ridas. El mar Bltico es el de salinidad menor (6% en las aguas superficiales del golfo de Botnia), por su pequea profundidad, clima fro y amplitud de las cuencas que vierten sus aguas en l, lo que unido a su topografa casi cerrada, limita mucho los intercambios con el ocano Mundial. La salinidad es muy variable en los lagos y mares cerrados que ocupan cuencas endorreicas, con slo un 12 % en el mar Caspio y hasta un 330 % en las capas superficiales del mar Muerto. El principal factor del que depende la salinidad de los mares interiores es la existencia de drenaje, con uno o ms emisarios por que los que desbordar, o que por el contrario la evaporacin sea la nica forma de compensarse los aportes. As el lago Victoria, con un origen tectnico semejante al del Mar Muerto, es un lago de agua dulce a la vez que la fuente principal del caudaloso ro Nilo.

Las diferencias de salinidad entre masas de agua se combinan con las de temperatura para producir diferencias de densidad, que a su vez son responsables de la conveccin en que se basa la circulacin ocenica a gran escala, la llamada por ello circulacin termohalina.

Desde que Edmond Halley lo propuso en 1715, se admite que la salinidad del agua del mar es efecto de una salinizacin progresiva, estabilizada hace ya largo tiempo, debida a un aporte por los ros, no compensado, de sales procedentes del lavado de las rocas continentales. La salinidad no ha crecido desde hace miles de millones de aos, a causa de la acumulacin de sal en sedimentos. Hoy en da se acepta que buena parte del sodio procede de las mismas emisiones volcnicas que facilitaron originalmente la formacin de la hidrosfera.

Conductividad elctrica del agua de mar

El agua de mar presenta una elevada conductividad elctrica, a la que contribuyen la polaridad del agua y la abundancia de iones disueltos. Las sales en agua se disocian en iones. Un ion es un tomo cargado positiva o negativamente y que, por tanto, intercambia electrones con el medio. Pueden absorber y liberar electrones a las partculas vecinas. La conductividad vara sobre todo con la temperatura y la salinidad (a mayor salinidad, mayor conductividad), y su medicin permite, controlada la temperatura, conocer la salinidad.Densidad del agua de mar

La densidad del agua del mar es una de sus propiedades ms importantes. Su variacin provoca corrientes. Es determinada usando la ecuacin internacional de estado del agua de mar a presin atmosfrica, que es formulada por la Unesco (UNESCO Technical Papers in Marine Science, 1981) a partir de los trabajos realizados a lo largo de todo este siglo para conocer las relaciones entre las variables termodinmicas del agua del mar: densidad, presin, salinidad y temperatura. La densidad de la tpica agua del mar (agua salada con un 3,5 % de sales disueltas) suele ser de 1,02819 kg/L a los 2 C, 1,02811 a los 0 C, 1,02778 a los 4 C.pH del agua de mar

El agua ocenica es (Baque) ligeramente alcalina, y el valor de su pH est entre 7.5 y 8.4 y vara en funcin de la temperatura; si sta aumenta, el pH disminuye y tiende a la acidez; tambin puede variar en funcin de la salinidad, de la presin o profundidad y de la actividad vital de los organismos marinos.Gases del agua de mar

Los gases disueltos son los mismos que componen el aire libre, pero en diferentes proporciones, condicionadas por diversos factores. La temperatura y la salinidad influyen reduciendo la solubilidad de los gases cuando cualquiera de esos dos parmetros aumenta. Otros factores son la actividad metablica de los seres vivos y los complejos equilibrios qumicos con los solutos slidos, como el ion bicarbonato (HCO3-). La concentracin total y la composicin de los gases disueltos varan sobre todo con la profundidad, que afecta a la agitacin, la fotosntesis (limitada a la superficial zona ftica) y la abundancia de organismos.En aguas ocenicas superficiales bien mezcladas, la composicin tpica de gases disueltos incluye un 64 % de nitrgeno (N2), un 34 % de oxgeno (O2) y un 1,8 % de dixido de carbono (CO2), muy por encima ste ltimo del 0,04 % que hay en el aire libre. El oxgeno (O2) abunda sobre todo en la superficie, donde predomina la fotosntesis sobre la respiracin, y suele presentar su mnimo hacia los 400 m de profundidad, donde los efectos de la difusin desde el aire libre y de la fotosntesis ya no alcanzan, pero donde todava es alta la densidad de organismos consumidores, que lo agotan. La temperatura, ms baja en los fondos profundos, afecta a la solubilidad de los carbonatosDefinicin de pH y temperaturaEl pHEl pH es una medida de acidez o alcalinidad de una disolucin. El pH indica la concentracin de iones hidronio [HO] presentes en determinadas sustancias. La sigla significa potencial hidrgeno, potencial de hidrgeno o potencial dehidrogeniones (pondushydrogeniiopotentiahydrogenii; del latnpondus, n= peso;potentia, f= potencia;hydrogenium, n= hidrgeno). Este trmino fue acuado por elqumicodansS.P.L.Sorensen(1868-1939), quien lo defini en 1909 como el opuesto dellogaritmoen base10 (o el logaritmo del inverso) de laactividadde los ioneshidrgeno. Esto es:

Desde entonces, el trmino "pH" se ha utilizado universalmente por lo prctico que resulta para evitar el manejo de cifras largas y complejas. En disoluciones diluidas, en lugar de utilizar la actividad del ion hidrgeno, se le puede aproximar empleando la concentracin molar del ion hidrgeno. Por ejemplo, una concentracin de [H3O+] = 1 107M (0,0000001) es simplemente un pH de 7, ya que pH = log[107] = 7.En disolucin acuosa, laescala de pHvara, tpicamente, de 0 a 14. Soncidaslas disoluciones con pH menoresque7 (el valor del exponente de la concentracin es mayor, porque hay ms iones en la disolucin) yalcalinaslas de pH superiores a 7. Si el disolvente es agua, el pH=7 indica neutralidad de la disolucin. En productos de aseo y limpieza se suele usar la expresin "pH neutro". En este caso la neutralidad hace referencia a un nivel de pH 5,5. Debido a las caractersticas de la piel humana, cuyo pH es 5,5, se indica neutralidad de pH en este tipo de productos que estn destinados a entrar en contacto con la piel para destacar su no agresividad. Si se aplicaran productos de pH 7 a la piel se producira una variacin del pH cutneo con posibles consecuencias negativas.

Figura 1. Escala de pHFuente: http://es.wikipedia.org/wiki/PHLa siguiente figura muestra la escala de ph. Caractersticas qumicas del pH del agua del mar. El agua marina tiene la propiedad de "amortiguar" los cambios en el grado de acidez por la composicin inica que tiene en disolucin, por lo queel pH del agua de mar sufre pocas oscilaciones. En el agua de mar y a 0C el punto neutro est en pH=7.33; ahora bien, el pH depende de la presin, la temperatura y ciertas sustancias modificadoras, que condicionan su valor hasta llevarlo a 8.1 Las principales sustancias modificadorasson los sistemas carbonato y borato, los iones metlicos hidratados y la materia arcillosa particulada. Los sistemas Borato y Carbonato producen un efecto indicador. La materia particulada inorgnica produce un efecto lento pero muy importante en el pH Podemos decir que existendos mecanismos de regulacin del pHque operan en el mar:1. El sistema carbonato, de pequeo efectoH2CO3 /HCO3- /CO3=2. El sistema silicato, de mayor efecto, aunque ms lentoH4SiO4 /H3SiO4En la siguiente tabla se muestran losvalores que hay que restar a los distintos pHque presenta el agua de mar a la presin de 1 Atmsfera segn la temperatura y presin ejercida a distintas profundidades. Los datos se refieren a salinidades de 34.8.

Cuadro 2: Tabla de pH a la presin de 1 atmosfricaFuente: http://es.wikipedia.org/wiki/PH

Laactividad biolgicaen determinadas reas del ecosistema marino causa considerablesvariaciones diurnas en el pH. Cuando hay gran proliferacin de algas, dicho pH puede alcanzar durante el da el valor de 9.6 y al caer la noche hasta 6.8, debido a fenmenos como fotosntesis y respiracin. Existe una distribucin vertical del pH, donde se observa un mximo superficial debido a la alta actividad biolgica y un mnimo a una profundidad de 200 metros, as como otro mximo a 3500 metros atribuible a fenmenos de disociacin de bicarbonatos.La temperatura

La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o fro que puede ser medida con un termmetro. En fsica, se define como una magnitud escalar relacionada con la energa interna de un sistema termodinmico, definida por el principio cero de la termodinmica. Ms especficamente, est relacionada directamente con la parte de la energa interna conocida como energa cintica, que es la energa asociada a los movimientos de las partculas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energa cintica de un sistema, se observa que ste se encuentra ms caliente; es decir, que su temperatura es mayor.En el caso de un slido, los movimientos en cuestin resultan ser las vibraciones de las partculas en sus sitios dentro del slido. En el caso de un gas ideal monoatmico se trata de los movimientos traslacin de sus partculas (para los gases multi-atmicos los movimientos rotacional y vibracin deben tomarse en cuenta tambin).

El desarrollo de tcnicas para la medicin de la temperatura ha pasado por un largo proceso histrico, ya que es necesario darle un valor numrico a una idea intuitiva como es lo fro o lo caliente.Multitud de propiedades fisicoqumicas de los materiales o las sustancias varan en funcin de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo su estado (slido, lquido, gaseoso, plasma), su volumen, la solubilidad, la presin de vapor, su color o la conductividad elctrica. As mismo es uno de los factores que influyen en la velocidad a la que tienen lugar las reacciones qumicas.

La temperatura se mide con termmetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medicin de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor (cero kelvin) (0 K) al cero absoluto, y se grada con un tamao de grado igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del mbito cientfico el uso de otras escalas de temperatura es comn. La escala ms extendida es la escala Celsius, llamada centgrada; y, en mucha menor medida, y prcticamente slo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit. Tambin se usa a veces la escala Rankine (R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamao de grado igual al de la Fahrenheit, y es usada nicamente en Estados Unidos, y slo en algunos campos de la ingeniera.Dispositivos electrnicosSon consistencia y combinacin de diversos elementos organizados en circuitos, destinados a controlar y aprovechar las seales elctricas a diferencia de un dispositivo elctrico, el cual sirve para controlar y aprovechar el flujo de lacorriente elctrica.Definicin de Instrumentacin.La instrumentacin electrnica es la parte de la Electrnica que tiene como objetivo la observacin y medida del universo fsico (sea de tipo elctrico o no) empleando herramientas (instrumentos y equipos) electrnicos. (Universidad valencia) La instrumentacin electrnica se encarga del diseo y manejo de los aparatos electrnicos y elctricos, sobre todo para su uso en mediciones. La instrumentacin electrnica se aplica en el censado y procesamiento de la informacin proveniente de variables fsicas y qumicas, a partir de las cuales realiza el monitoreo y control de procesos, empleando dispositivos y tecnologas electrnicas. La instrumentacin electrnica estudia los instrumentos electrnicos y se responsabiliza del diseo y del manejo de los aparatos electrnicos, principalmente los que son utilizados para mediciones. Utiliza las informaciones de las variables qumicas y fsicas para realizar el monitoreo y el control del proceso usando las tecnologas y los dispositivos electrnicos. Los sensores como parte de la Instrumentacin.

Un sensor es un dispositivo capaz de transformar magnitudes fsicas o qumicas, llamadas variables de instrumentacin, en magnitudes elctricas. Las variables de instrumentacin pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumnica, distancia, aceleracin, inclinacin, desplazamiento, presin, fuerza, torsin, humedad, pH, etc. Una magnitud elctrica puede ser una resistencia elctrica (como en una RTD), una capacidad elctrica (como en un sensor de humedad), una Tensin elctrica (como en un termopar), una corriente elctrica (como en un fototransistor), etc. Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor est siempre en contacto con la variable de instrumentacin con lo que puede decirse tambin que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la seal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termmetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la accin de la temperatura. Un sensor tambin puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energa en otra. reas de aplicacin de los sensores: Industria automotriz, Industria aeroespacial, Medicina, Industria de Manufactura, Robtica, etc. Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor.Introduccin a los Sensores

Los esfuerzos y el trabajo por desarrollar productos con mayor rapidez y con una mayor eficacia en trminos de costo nunca se detiene. Gracias a la automatizacin de procesos, los fabricantes pueden lograr estos objetivos y mantener, a la vez, niveles de calidad y confiabilidad ms altos. La de deteccin de presencia se utiliza para monitorear, regular y controlar estos procesos; en concreto, los sensores ayudan a comprobar que los pasos fundamentales del proceso se realicen como es debido. Los sensores son en realidad unos elementos fsicos que pertenecen a un tipo de dispositivo llamado transductor. Los transductores son unos elementos capaces de transformar una variable fsica en otra diferente. Los sensores son un tipo concreto de transductores que se caracterizan porque son usados para medir la variable transformada. La magnitud fsica que suele ser empleada por los sensores como resultado suele ser la tensin elctrica, debido a la facilidad del trabajo con ella. Tipos de Sensores.Desde el punto de vista de la forma de la variable de salida, podemos clasificar los sensores en dos grupos: analgicos, en los que la seal de salida es una seal continua, analgica; y digitales, que transforman la variable medida en una seal digital, a modo de pulsos o bits. En la actualidad los sensores ms empleados son los digitales, debido sobre todo a la compatibilidad de su uso con los ordenadores.

Interruptores manualesSon los sensores ms bsicos, incluye pulsadores, llaves, selectores rotativos y conmutadores de enclavamiento. Estos productos ayudan al tcnico e ingeniero con ilimitadas opciones en tcnicas de actuacin y disposicin de componentes.Sensores para automocin Se incluyen sensores de efecto Hall, de presin y de caudal de aire. Estos sensores son de alta tecnologa y constituyen soluciones flexibles a un bajo costo.Sensores de caudal de aireContienen una estructura de pelcula fina aislada trmicamente, que contiene elementos sensibles de temperatura y calor.Sensores de corrienteMonitorizan corriente continua o alterna. Se incluyen sensores de corriente lineales ajustables, de balance nulo, digitales y lineales. Los sensores de corriente digitales pueden hacer sonar una alarma, arrancar un motor, abrir una vlvula o desconectar una bomba.Sensores de humedadRelativa/temperatura y humedad relativa estn configurados con circuitos integrados que proporcionan una seal acondicionada. Estos sensores contienen un elemento sensible capacitivo en base de polmeros que interacciona con electrodos de platino.Sensores de posicin de estado slidoEstos sensores combinan fiabilidad, velocidad, durabilidad y compatibilidad con diversos circuitos electrnicos para aportar soluciones a las necesidades de aplicacin.Sensores de presin y fuerzaSon pequeos, fiables y de bajo costo. Ofrecen una excelente repetitividad y una alta precisin y fiabilidad bajo condiciones ambientales variables.Sensores de temperaturaEstos sensores consisten en una fina pelcula de resistencia variable con la temperatura (RTD) y estn calibrados por lser para una mayor precisin e intercambiabilidad.Sensores de turbidezLos sensores de turbidez aportan una informacin rpida y prctica de la cantidad relativa de slidos suspendidos en el agua u otros lquidos.Sensores magnticos Entre las aplicaciones se incluyen brjulas, control remoto de vehculos, deteccin de vehculos, realidad virtual, sensores de posicin, sistemas de seguridad e instrumentacin mdica.Sensores de presinLos sensores de presin estn basados en tecnologa pieza resistiva, combinada con micro controladores que proporcionan una alta precisin, independiente de la temperatura, y capacidad de comunicacin digital directa con PC. Electrodo de pHEl electrodo de vidrio actualmente constituye la pieza fundamental en la medicin electromtrica del pH. Junto con el electrodo de calomel, se encuentran ampliamente difundidos y a la fecha no existe otro sistema para la medicin electromtrica que tenga la misma versatilidad y precisin. El principio bajo el cual trabaja el electrodo de vidrio fue descubierto, en forma accidental por McInnes y Dole, cuando observaron que el vidrio que empleaban en sus investigaciones mostraba cierta sensibilidad a las variaciones de pH. Una vez hecho su descubrimiento, procedieron a investigar una composicin ms adecuada de vidrio, que es la base de los electrodos empleados hoy da. La varilla de soporte del electrodo es de vidrio comn (o plstico), no conductor de cargas elctricas mientras que el bulbo sensible, el extremo sensible del electrodo, se construye con este vidrio de formulacin especial, conocido como "vidrio sensible al pH" (en realidad, es vidrio polarizable). El vidrio de pH es conductor de cargas elctricas porque tiene xido de litio dentro del cristal, adems de xido de slice, de calcio y algunos otros. Segn se puede observar en la fig. 2, la estructura del vidrio es tal que permite el intercambio de iones litio por iones de hidrgeno en solucin acuosa, de modo que se forma una capa (fina) hidratada. Se crea as un potencial (del orden milivolts) a travs de la interface creada entre el vidrio (en el "seno" del vidrio) y la solucin acuosa. El voltaje creado hacia el interior del bulbo es constante porque se mantiene su pH constante (mediante una solucin buffer de pH 7) de modo que la diferencia de potencial depende slo del pH del medio externo. La incorporacin de un alambre (usualmente de Ag/AgCl) permite conducir este potencial hasta un amplificador.

Figura 2: Electrodo de vidrio. Vista general y detalle de la membrana intercambiadora de iones.Fuente: Monografa vinculada a la conferencia del Ing. Quimica. Juan BussiFuncionamiento de un Electrodo de pHEl mtodo determina el pH midiendo el potencial generado (en milivolts) por un electrodo, este potencial se compara contra un electrodo de referencia, que genera un potencial constante e independiente del pH. El electrodo de referencia que se utiliza es el de calomel saturado con cloruro de potasio, el cual sirve como puente salino que permite el paso de los milivolts generados hacia al circuito de medicin.

El sistema actual de medicin de pH es, por excelencia, el electrodo de combinacin. Su nombre deriva de la prctica inicial en que el electrodo sensor de H+ estaba separado del electrodo de referencia; la combinacin de ambos en una sola estructura llev a su nombre actual. Sin embargo, la prctica industrial sigue utilizando electrodos de referencia y de pH separados, porque permite seales ms confiables y procedimientos de mantencin que, en ciertos casos, resultan ms controlables y de menor costo.

Figura3: Esquema de los dos electrodos usados para medir pH. Dibujo gentileza de Mc Q. Arturo Bolaos GuillenFuente: Monografa vinculada a la conferencia del Ing. Quimica. Juan BussiDe cualquier forma, la diferencia de potencial ser dada por la ecuacin de Nernst:

(2)

Donde el subndice C se refiere a la celda de concentracin conocida mientras que el sub ndice M a la muestra de pH desconocido. Los corchetes indican concentracin molar. Si las actividades de H+ y de H2 en la celda de composicin conocida (es decir sub "C") fuesen unitarias, se estara trabajando con el electrodo estndar de hidrgeno, as que el primer trmino de la ecuacin se hace cero. Adems, si la presin del hidrgeno gaseoso fuese 1 atmsfera, el denominador del trmino bajo logaritmo sera 1 y el potencial es solamente dependiente de la concentracin de hidrgeno ionizado en la celda que contiene la muestra. As:

(3)

Es decir: (4)

Que es una expresin til para medir la acidez. La utilizacin de logaritmos en lugar de molaridades permite obtener una ganancia (correlacin entre estmulo y respuesta del sensor) de carcter lineal (2).

Adquisicin de la seal: la Fig. 4 Muestra el circuito genrico formado por los electrodos y el sistema adquisidor.

Figura4: Circuito formado por los electrodos, representados por sus resistencias aproximadas, y el sistema de adquisicin.Fuente: Monografa vinculada a la conferencia del Ing. Quimica. Juan Bussi

An una corriente muy pequea pasando a travs de las altas resistencias de cada componente del circuito (especialmente el electrodo de la muestra), producira cadas de voltaje substanciales en las resistencias, reduciendo seriamente el voltaje visto por el voltmetro. Para empeorar las cosas, el voltaje diferencial generado por el electrodo de la muestra es muy pequeo, del orden de los milivolts. El sistema de adquisicin que se utilice para esto deber ser muy sensible y tener una resistencia de entrada extremadamente alta.

Figura 5: Circuito de precisin amplificador de la seal de pH. Dibujo gentileza de Eric GillFuente: Monografa vinculada a la conferencia del Ing. Quimica. Juan Bussi

El circuito de la Fig 5 es un ejemplo de circuito adquisidor de alta precisin (3). Usa amplificadores de entrada FET, con pequeas corrientes de vas, mucho menores que un pA. Se usan amplificadores diferentes para cada una de las seales de los electrodos, para que el voltaje y la corriente de offset, y otros efectos sea similares y luego cancelados. La segunda etapa suprime el modo comn y los cables blindados reducen interferencias. Finalmente, luego de tener la seal amplificada se usara un conversor analgico digital, de por lo menos 14 bits, para trabajar con los datos adquiridos mediante software, y almacenarlos y presentarlos de la forma ms conveniente. Tratamiento de la seal: Entendiendo como sensor la combinacin de los electrodos de pH, el circuito amplificador de precisin y el conversor A/D.

El post tratamiento de una seal adquirido con uno de estos sensores debera incluir alguna clase de filtro pasa bajo. Dado que las seales de pH son de dinmica lenta, las altas frecuencias que se observen en la seal sern, sin duda, debidas al ruido. Se podran agregar mdulos de calibracin, en base a alguna seal patrn que se haya medido. Para alguna aplicacin en particular podra generarse estadsticas y reportes, deteccin de picos, clculo de promedios, etc.

Incertidumbre y rango de validez: En muestras con un pH mayor a 10, se presenta el error del sodio o error alcalino. Es debido al intercambio de otros cationes, distintos al H+, presentes en las disoluciones de anlisis. El error puede ser grande con muestras que contienen cationes monovalentes comunes a los existentes en la membrana de vidrio (ej. Na+). Puede ser reducido utilizando electrodos especiales de bajo error de sodio y haciendo correcciones luego de medir. En disoluciones fuertemente cidas, [H+] > 1 (pH bajo), la actividad del agua en la disolucin se reduce afectando la capa hidratada sobre la membrana, y disminuyendo la zona donde verdaderamente tienen lugar las reacciones de intercambio inico. A causa del error cido y del error alcalino, en los extremos de la escala de pH, el electrodo no responde linealmente, como mostramos en la seccin II.

La temperatura tiene dos efectos de interferencia, el potencial de los electrodos y el pH de la muestra, varan. El primer efecto se puede compensar agregando un dispositivo sensor de temperatura que compense las seales de los electrodos. El segundo efecto se toma en consideracin, anotando la temperatura de la muestra y su pH; pero para ms exactitud, se recomienda que la muestra est a 25 C, que es la temperatura de referencia para la medicin del pH. En los electrodos de vidrio sensibles a H+, la estabilidad qumica y la resistencia elctrica estn siempre ligadas. La resistencia elctrica de los electrodos de pH, en funcin de la composicin de la membrana, tamao y forma, puede variar entre 5 - 500 M. As los electrodos con buena estabilidad qumica a elevadas temperaturas, tienen una resistencia elctrica excesiva para bajas temperaturas. Contrariamente, electrodos con buena respuesta a bajas temperaturas degeneran rpidamente a altas temperaturas.

Debido a sta contraposicin, los electrodos son diseados de forma especfica para ciertos rangos de temperatura y pH. Circuito formado por los electrodos, representados por sus resistencias aproximadas, y el sistema de adquisicin.

Elementos constructivosLos fabricantes montan los electrodos en diferentes materiales, confirindoles distintas propiedades extra, pero siempre la parte central es el bulbo de vidrio para pH. Y es esta tambin la parte ms delicada.

El electrodo de vidrio es relativamente inmune a las interferencias del color, turbidez, material coloidal, cloros libres, oxidantes y reductores. La medicin se afecta cuando la superficie de la membrana de vidrio esta sucia con grasa o material orgnico insoluble en agua, que le impide hacer contacto con la muestra, por lo anterior se recomienda la limpieza escrupulosa de los electrodos.

Los electrodos deben ser enjuagados con agua destilada entre muestras. No hay que secarlos luego con un pao pues podramos cargarlo electroestticamente. Apoyar suavemente un papel, sin pelusas, para remover el exceso de agua ser suficiente. B. Calibracin Como los electrodos de vidrio de pH miden la concentracin de H+ relativa a sus referencias deben ser calibrados peridicamente para asegurar la precisin. Para esto se usan buffers de calibracin; en soluciones estandarizadas contra una referencia de pH, certificada por el NIST, que permiten calibrar con una resolucin de hasta 0.001 unidades de pH. Aunque, por la linealidad del sistema, la calibracin contra un punto de referencia sera suficiente, 2 o hasta 3 puntos aseguran resultados ms confiables.

El electrodo debe ser mantenido hmedo siempre. Se recomienda que se lo guarde en una solucin de 4 M KCl; o en un buffer de solucin de pH 4 o 7. No debe guardarse el electrodo en agua destilada pues esto causara que los iones se escurrieran por el bulbo de vidrio, y el electrodo se volveran intil. Tipos de electrodos de pHExisten varios criterios de clasificacin de electrodos de pH, enumeraremos algunos.

Segn la Membrana de Vidrio |La membrana de vidrio o bulbo de un electrodo se construye para ser usada en condiciones especficas. Diferentes tipos de membranas de vidrio pueden hacer el electrodo ms fuerte, expandir su rango de temperatura o prevenir el error de sodio para altos valores de pH. Vidrio para propsito general: varios rangos de pH, y temperaturas hasta los100C. Vidrio azul: pH del 0-13, y temperaturas hasta los 110C. Vidrio mbar: pH del 0-14, temperaturas hasta 110C, y bajo error de sodio. Segn el Cuerpo Electrodos con cuerpo de Epoxy: son resistentes a los golpes, pero no deben ser usado a altas temperaturas o para compuestos inorgnicos. Electrodos con cuerpo de vidrio: Resisten altas temperaturas y materiales altamente corrosivos o solventes. Segn la Sustancia de Relleno Recargables: Tienen puertos que permiten rellenar la cavidad de referencia con la solucin de referencia. Son econmicos y duraderos. Sellados: Son ms resistentes y prcticamente no requieren mantenimiento. Por supuesto, deben ser reemplazados cuando el nivel de la solucin de referencia est bajo.

Equipos ofrecidos en el mercadoEncontramos ms de 150 empresas fabricantes de electrodos y sensores de pH. Para cada una de las clasificacioneses hechas en el captulo anterior ofrecen varios modelos y el rango de Fig. 6 Electrodo de pH con cuerpo de vidrio, sellado y relleno con gel. Electrodos de pH disponibles en el mercado

Cuadro 3: Electrodos de pH disponibles en el mercadoFuente: Monografa vinculada a la conferencia del Ing. Qumica. Juan Bussi

Figura 6: Electrodo de pH con cuerpo de vidrio, sellado y relleno con gel. Weiss Importancia y aplicacionesFuente: Del catlogo electrnico de Wiess Research.

Otros sensores de pHElectrodo de pHduinioComo se ha explicado al comienzo de la investigacin el pH es una propiedad muy importante en soluciones acuosas. El pH se define la colog (log) de la actividad de iones de hidrgeno (H +) en el medio (o cuando la concentracin de H + es baja cantidad). Esta propiedad indica si el medio es cido, neutro o bsico. Por ejemplo, es necesario el control del pH de un acuario. Algunas especies de peces no pueden vivir fuera de un rango de pH. Por lo tanto, tenemos que leerlo y hacer la correccin de escritura del pH. Otras reas o aplicaciones donde es importante conocer el pH son hidropnico, los procesos de fermentacin, como la cerveza y la produccin de vino, la vigilancia ambiental de los suelos, el agua de ros, lagos, y la lluvia, tanques de tratamiento de aguas residuales, monitoreo de la solucin y tampones en los laboratorios de qumica, y etc. (Monografa vinculada a la conferencia del Ing. Quimica. Juan Bussi: Bio sensores para determinaciones analticas, del 20 de abril de 2004 pp1 a pp 4)El pHduino puede funcionar con un LCD para mostrar el pH y los datos de temperatura como un medidor de pH. Adems, se puede controlar mediante un ordenador a travs del puerto USB. La ganancia de la seal (pendiente) y el desplazamiento de seal se ajustan manualmente por trimpots. La seal es compensada por un sensor de temperatura. Parece inferior y en comparacin con un instrumento de banco de medidor de pH un poco ms caro. Sin embargo, es interfaceable, programable, expansible, y, ms importante, abierto y gratuito.El pH-StampEl pH-Stamp es un sistema muy compacto para monitorizacin del pH que se ajusta en cualquier protoboard. Esta configuracin de diseo permite al usuario con precisin monitorear pH sin tener que aadir ningn circuito o componentes adicionales para su diseo. La comunicacin con el pH-Stamp se realiza utilizando slo 11 comandos simples. El pH-Stamp proporciona lecturas de grado cientfico a cualquier sistema integrado que cuenta con una interfaz de conexin RS232 (oscilacin de voltaje 0-VCC, no + / - 12 voltios)Micro-pHMicro-pH es un sistema muy compacto monitorizacin del pH que est montado en la parte posterior de un conector BNC macho. Esta configuracin de diseo permite al usuario monitorear con precisin pH sin tener que aadir ningn circuito o los componentes adicionales al PCB que no sea un estndar Conector BNC, permitiendo al componente el monitoreo del pH prinf zero. La comunicacin con los el micro-pH se realiza utilizando slo ocho rdenes sencillas. Micro-pH utiliza un completamente nico mtodo para leer con precisin, pH eliminando la necesidad para el usuario para calibrar el sistema de pH. El Sistema micro-pH proporciona lecturas de grado cientfico para cualquier sistema integrado que cuenta con un puerto RS- 232 interface.Sensor de temperaturaLos sensores de temperatura son dispositivos que transforman los cambios de temperatura en cambios en seales elctricas que son procesados por equipo elctrico o electrnico. Hay tres tipos de sensores de temperatura, los termistores, los RTD y los termopares. El sensor de temperatura, tpicamente suele estar formado por el elemento sensor, de cualquiera de los tipos anteriores, la vaina que lo envuelve y que est rellena de un material muy conductor de la temperatura, para que los cambios se transmitan rpidamente al elemento sensor y del cable al que se conectarn el equipo electrnico.TermistorEl termistor est basado en que el comportamiento de la resistencia de los semiconductores es variable en funcin de la temperatura. Existen los termistores tipo NTC y los termistores tipo PTC. En los primeros, al aumentar la temperatura, disminuye la resistencia. En los PTC, al aumentar la temperatura, aumenta la resistencia. El principal problema de los termistores es que no son lineales segn la temperatura por lo que es necesario aplicar frmulas complejas para determinar la temperatura segn la corriente que circula y son complicados de calibrar.RTD (resistance temperature detector)Un RTD es un sensor de temperatura basado en la variacin de la resistencia de un conductor con la temperatura. Los metales empleados normalmente como RTD son platino, cobre, niquel y molibdeno. De entre los anteriores, los sensores de platino son los ms comunes por tener mejor linealidad, ms rapidez y mayor margen de temperatura.TermoparEl termopar, tambin llamado termocupla y que recibe este nombre por estar formado por dos metales, es un instrumento de medida cuyo principio de funcionamiento es el efecto termoelctrico.Un material termoelctrico permite transformar directamente el calor en electricidad, o bien generar fro cuando se le aplica una corriente elctrica.El termopar genera una tensin que est en funcin de la temperatura que se est aplicando al sensor. Midiendo con un voltmetro la tensin generada, conoceremos la temperatura.Los termopares tienen un amplio rango de medida, son econmicos y estn muy extendidos en la industria. El principal inconveniente estriba en su precisin, que es pequea en comparacin con sensores de temperatura RTD o termistores.El termmetro digital modelo DS18B20El termmetro digital DS18B20 proporciona 9 bits para mediciones de temperatura Celsius de 12 bits y tiene una funcin de alarma con puntos de activacin superior e inferior programables por los usuarios no voltiles. El DS18B20 comunica a travs de un bus 1-Wire , que por definicin requiere una sola lnea de datos (y tierra) para la comunicacin con un microprocesador central. Tiene un rango de temperatura de funcionamiento de -55 C a 125 C y tiene una precisin de 0,5 C en el rango de -10 C a +85 C. Adems, el DS18B20 puede obtener energa directamente de la lnea de datos ("poder parsito"), eliminando la necesidad de una fuente de alimentacin externa. Cada DS18B20 tiene un cdigo de serie nico de 64 bits, lo que permite que mltiples DS18B20s funcionen en el mismo bus 1-Wire. Por lo tanto, es simple de usar un microprocesador para controlar muchos DS18B20s distribuidos sobre un rea grande. Las aplicaciones que se pueden beneficiar de esta caracterstica incluyen controles de ambientales, sistemas de control de la temperatura interior de los edificios, equipos o maquinaria, y los sistemas de supervisin y control de procesos.Caractersticas principales del sensor nica interfaz 1-Wire Requiere un solo puerto de pines para la Comunicacin. Cada dispositivo tiene un nico 64-Bit cdigo de serie almacenado en una ROM a Bordo. Multidrop capacidad simplifica las aplicaciones distribuidas de deteccin de temperatura. No requiere componentes externos. Puede obtener energa de lnea de datos; Rango de alimentacin es de 3,0 V a 5,5 V. Mide temperaturas de -55 C a +125 C (-67 F a 257 F). 0,5 C Precisin de -10 C a +85 C Resolucin del termmetro es seleccionable por el usuario de 9 a 12 Bits. Convierte la temperatura a 12-Bit Palabra Digital en 750 ms (mx.). Definible por el usuario no voltil (NV) Configuracin de alarma. Bsqueda de alarmas Mando Identifica y Direcciones dispositivos cuya temperatura se programa fuera de los lmites de alarma de temperatura (condicin). Disponible en 8-Pin SO (150 milsimas), 8-Pin SOP, y 3-Pin TO-92 Paquetes Software compatible con el DS1822. Las aplicaciones incluyen controles termostticos, sistemas industriales, productos de consumo, termmetros, o cualquier sistema trmicamente sensibles.

Figura 7: Termmetro digital DS18B20Fuente: Gua de operacin de Termmetro digital DS18B20Sensores de nivelUndetector de nivelde lquidos se usa para comprobar si el nivel de un depsito ha rebasado o no un punto establecido. Puede ser mecnico (flotador ms interruptor), resistivo (si ellquidoesconductor),capacitivo. En los acuarios marinos es fundamental restituir el agua de evaporacin, pues de lo contrario vara la densidad y esto afecta a los peces e invertebrados marinos. En acuarios de agua dulce muchas veces es necesario o conveniente mantener el nivel de agua de forma automtica, como por ejemplo durante las vacaciones, para de disea un circuito capaz de detectar los niveles de lquidos a travs de sensores de ultrasonidos

Los sensores de ultrasonidos son detectores de proximidad que trabajan libres de roces mecnicos y que detectan objetos a distancias de hasta 8m. El sensor emite un sonido y mide el tiempo que la seal tarda en regresar. Estos reflejan en un objeto, el sensor recibe el eco producido y lo convierte en seales elctricas, las cuales son elaboradas en el aparato de valoracin. Estos sensores trabajan solamente en el aire, y pueden detectar objetos con diferentes formas, colores, superficies y de diferentes materiales. Los materiales pueden ser slidos, lquidos o polvorientos, sin embargo han de ser deflectores de sonido. Los sensores trabajan segn el tiempo de transcurso del eco, es decir, se valora la distancia temporal entre el impulso de emisin y el impulso del eco.

Este sensor, al no necesitar el contacto fsico con el objeto, ofrece la posibilidad de detectar objetos frgiles, como pintura fresca, adems detecta cualquier material, independientemente del color, al mismo alcance, sin ajuste ni factor de correccin. Los sensores ultrasnicos tienen una funcin de aprendizaje para definir el campo de deteccin, con un alcance mnimo y mximo de precisin de 6 mm. El problema que presentan estos dispositivos son las zonas ciegas y el problema de las falsas alarmas. La zona ciega es la zona comprendida entre el lado sensible del detector y el alcance mnimo en el que ningn objeto puede detectarse de forma fiable.ElectrovlvulasUna electrovlvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide y la vlvula. El solenoide convierte energa elctrica en energa mecnica para actuar la vlvula. Existen varios tipos de electrovlvulas. En algunas electrovlvulas el solenoide acta directamente sobre la vlvula proporcionando toda la energa necesaria para su movimiento. Es corriente que la vlvula se mantenga cerrada por la accin de un muelle y que el solenoide la abra venciendo la fuerza del muelle. Esto quiere decir que el solenoide debe estar activado y consumiendo energa mientras la vlvula deba estar abierta.

Tambin es posible construir electrovlvulas biestables que usan un solenoide para abrir la vlvula y otro para cerrar o bien un solo solenoide que abre con un pulso y cierra con el siguiente. Las electrovlvulas pueden ser cerradas en reposo o normalmente cerradas lo cual quiere decir que cuando falla la alimentacin elctrica quedan cerradas o bien pueden ser del tipo abiertas en reposo o normalmente abiertas que quedan abiertas cuando no hay alimentacin.

Hay electrovlvulas que en lugar de abrir y cerrar lo que hacen es conmutar la entrada entre dos salidas. Este tipo de electrovlvulas a menudo se usan en los sistemas de calefaccin por zonas lo que permite calentar varias zonas de forma independiente utilizando una sola bomba de circulacin. En otro tipo de electrovlvula el solenoide no controla la vlvula directamente sino que el solenoide controla una vlvula piloto secundaria y la energa para la actuacin de la vlvula principal la suministra la presin del propio fluido.

El grfico adjunto muestra el funcionamiento de este tipo de vlvula. En la parte superior vemos la vlvula cerrada. El agua bajo presin entra por A. B es un diafragma elstico y tiene encima un muelle que le empuja hacia abajo con fuerza dbil. La funcin de este muelle no nos interesa por ahora y lo ignoramos ya que la vlvula no depende de l para mantenerse cerrada. El diafragma tiene un diminuto orificio en el centro que permite el paso de un pequeo flujo de agua. Esto hace que el agua llene la cavidad C y que la presin sea igual en ambos lados del diafragma. Mientras que la presin es igual a ambos lados, vemos que acta en ms superficie por el lado de arriba que por el de abajo por lo que presiona hacia abajo sellando la entrada. Cuanto mayor sea la presin de entrada, mayor ser la fuerza con que cierra la vlvula.Ahora estudiamos el conducto D. Hasta ahora estaba bloqueado por el ncleo del solenoide E al que un muelle empuja hacia abajo. Si se activa el solenoide, el ncleo sube y permite pasar el agua desde la cavidad C hacia la salida con lo cual disminuye la presin en C y el diafragma se levanta permitiendo el paso directo de agua desde la entrada A a la salida F de la vlvula.

Si se vuelve a desactivar el solenoide se vuelve a bloquear el conducto D y el muelle situado sobre el diafragma necesita muy poca fuerza para que vuelva a bajar ya que la fuerza principal la hace el propio fluido en la cavidad C.De esta explicacin se deduce que este tipo de vlvula depende para su funcionamiento de que haya mayor presin a la entrada que a la salida y que si se invierte esta situacin entonces la vlvula abre sin que el solenoide pueda controlarla. Este tipo de vlvulas se utilizan muy comnmente en lavadoras, lavaplatos, riegos y otros usos similares.

Un caso especialmente interesante del uso de estas vlvulas es en los calentadores de agua de depsito. En los calentadores de agua de demanda, el agua se calienta segn va pasando por el calentador en el momento del consumo y es la propia presin del agua la que abre la vlvula del gas pero en los calentadores de depsito esto no es posible ya que el agua se calienta mientras est almacenada en un depsito y no hay circulacin. Para evitar la necesidad de suministrar energa elctrica la vlvula del gas es una vlvula de este tipo con la vlvula piloto controlada por un diminuto solenoide al que suministra energa un termopar bimetlico que saca energa del calor del agua. Las electrovlvulas tambin se usan mucho en la industria para controlar el flujo de todo tipo de fluidos.

Figura 8: Funcionamiento de una electrovlvulaFuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Electrov%C3%A1lvulaArduinoArduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un micro controlador y un entorno de desarrollo, diseada para facilitar el uso de la electrnica en proyectos multidisciplinares. El hardware consiste en una placa con un micro controlador Atmel AVR y puertos de entrada/salida. Los micro controladores ms usados son el Atmega168, Atmega328, Atmega1280, ATmega8 por su sencillez y bajo coste que permiten el desarrollo de mltiples diseos. Por otro lado el software consiste en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje de programacin Processing/Wiring y el cargador de arranque que es ejecutado en la placa.

Desde octubre de 2012, Arduino se usa tambin con micro controladoras CortexM3 de ARM de 32 bits que coexistirn con las ms limitadas, pero tambin econmicas AVR de 8 bits. ARM y AVR no son plataformas compatibles a nivel binario, pero se pueden programar con el mismo IDE de Arduino y hacerse programas que compilen sin cambios en las dos plataformas. Eso s, las micro controladoras CortexM3 usan 3,3V, a diferencia de la mayora de las placas con AVR que generalmente usan 5V. Sin embargo ya anteriormente se lanzaron placas Arduino con Atmel AVR a 3,3V como la Arduino Fio y existen compatibles de Arduino Nano y Pro como Meduino en que se puede conmutar el voltaje. Arduino se puede utilizar para desarrollar objetos interactivos autnomos o puede ser conectado a software tal como Adobe Flash. Las placas se pueden montar a mano o adquirirse. El entorno de desarrollo integrado libre se puede descargar gratuitamente.

Arduino puede tomar informacin del entorno a travs de sus entradas analgicas y digitales, y controlar luces, motores y otros actuadores. El micro controlador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de programacin Arduino (basado en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing). Los proyectos hechos con Arduino pueden ejecutarse sin necesidad de conectar a un computador.

Figura 9: Tarjeta Mega Arduino modelo2560Fuente: http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardMega2560

En la figura 9 muestra la tarjeta Mega Arduino modelo 2560.

Arduino Uno Es el ltimo modelo diseado y distribuido por la comunidad Arduino. La placa tiene un tamao de 75x53mm. Su unidad de procesamiento consiste en un microcontrolador ATmega328. Puede ser alimentada mediante USB o alimentacin externa y contiene pines tanto analgicos como digitales. La tabla siguiente resume sus componentes: Frontal y reverso de la placa Arduino Uno

Figura10: Tarjeta Arduino modelo UnoFuente: http://arduino.cc/en/Main/ard

Microcontrolador ATmega328

Voltaje operativo 5V

Voltaje de entrada (recomendado) 7-12V

Voltaje de entrada (limites) 6-20V

Pines digitales E/S 14 (de los cuales 6 proporcionan salida PWM)

Pines de entrada analgica6

Corriente contina para pines E/S 40 mA

Corriente contina para pines de 3.3V50 mA

Memoria Flash32 KB (ATmega328) de los cuales 0.5 KB son para el Bootloader

SRAM 2 KB (ATmega328)

EEPROM 1 KB (ATmega328)

Velocidad del reloj16 MHz

Cuadro 4: Especificaciones tcnicas de Arduino ATmega328Fuente: http://arduino.cc/en/Main/ard

A continuacin se muestra en la figura 11 donde estn ubicados los elementos ms importantes que componen la placa Arduino Uno que son descritos de arriba abajo y de izquierda a derecha:

Figura11: Elementos de la placa Arduino UnoFuente: http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno

Referencia para pines analgicos (AREF)Tensin de referencia para entradas analgicas. Se utiliza con la funcin analogReference. Pines de tierra (GND)Masa del circuito para pines, es decir es la tensin de referencia de 0V. Pines digitales de entrada y salidaEn estos pines conectaremos la patilla de dato del sensor/actuador. Desde ellos podremos leer la informacin del sensor o activar el actuador. Hay 14 pines digitales que pueden utilizarse como entrada o salida con las funciones pin Mode, digital Write, y digital Read. Operan a 5 voltios. Cada pin proporciona o recibe como mximo 40mA y disponen de una resistencia pull-up (desconectada por defecto) de 20-50 kOhmios. Ciertos pines son reservados para determinados usos:

Serie: 0(RX) y 1(TX). Utilizados para recibir (RX) y trasmitir (TX) datos serie. Estn directamente conectados a los pines serie del microcontrolador. Utilizando estos pines podremos conectarnos con otras placas. Interrupciones externas: 2 y 3. Estos pines pueden ser configurados para activar interrupciones. PWM: 3, 5, 6, 9, 10 y 11. Proporcionan una salida de 8 bits en modo PWM. SPI: 10-13. Estos pines soportan la librera de comunicacin de dispositivos SPI. LED: 13. Este pin est conectado con un led de la placa. Cuando se le asigne un valor HIGH se encender, en cambio si lo dejamos en LOW estar apagado.Conector USBExisten varios tipos de conectores USB, en concreto esta placa utiliza el tipo B hembra. Con lo cual se necesitar un cable tipo B macho tipo A macho (aunque se pueden utilizar otros este es el ms extendido) que deber conectarse a un conector tipo A hembra (por ejemplo a un ordenador o al ca