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Instituto Tecnológico de TapachulaInstrumentación y control aplicado
Trabajo:
Proyecto
Catedrático:
ING.SANTIAGO MENESES TRINIDAD
Materia:
PROYECTO Y AUTOMTIZACION
Carrera:
ING. ELECTROMECÁNICA
Semestre:
VIII SEM
Alumno:
NICOLAS GONSALEZ ESPINOSA
TAPACHULA DE CORDOVA Y ORDOÑEZ, CHIAPAS, A 14 DE ENERO DEL 2015
CAMARA FRIGORIFICA INTELIGENTE
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INSTITUTO TECNOLOGICODE TAPACHULA
Instituto Tecnológico de TapachulaInstrumentación y control aplicado
RESUMEN:
La presente investigación tiene la finalidad de analizar
las variables de conservación de alimentos que
intervienen para un mayor promedio de climatización a
respectivos alimentos .Como objetivo es desarrollar los
sistemas de control de la placa arduino que resultara un
sistema de control de temperatura y comunicación
móviles evaluando una serie de módulos de expansión
(shields)compatibles de dicha plataforma de un sistema
de comunicación GPRS/GSM con la plataforma a
través de SMS para el control remoto de la
temperatura.
CONCLUSIONES
Tras la conclusión de esta primera fase del
proyecto correspondiente a un sistema de control de
la temperatura, hacemos balance entre los objetivos
que nos planteamos al inicio del mismo y los que se
han llegado a conseguir.
Tras finalizar el proyecto se puede afirmar que
dicho propósito ha sido conseguido con éxito, pues
ahora tenemos claro cómo podemos comunicarnos a
través del
módulo GPRS/GSM e interactuar con varios sensores y
actuadores, todo ello conectado sobre la plataforma
Arduino, la cual también hemos aprendido a dominar.
Nombre del proyecto de investigación:
Cámara frigorífica inteligente
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN EN QUE SE UBICA EL
PROYECTO:
Instituto tecnológico de Tapachula
INTRODUCCIÓN
Esta materia de instrumentación y control aplicado
fundamenta los materiales inteligentes, activos, o
también denominados multifuncionales que son
materiales capaces de responder de modo reversible y
controlable ante diferentes estímulos físicos o químicos
externos, modificando alguna de sus propiedades.
Por su sensibilidad o actuación, pueden ser utilizados
para el diseño y desarrollo de sensores, actuadores y
productos multifuncionales, así como poder también
llegar a configurar estructuras y sistemas inteligentes
de aplicaciones múltiples. En este caso las estructuras
inteligentes, son por ejemplo aquellas que gracias a la
combinación de estos son capaces de auto
diagnosticarse y modificarse para adaptarse a las
condiciones que se les ha marcado como óptimas o
correctas.
ANTECEDENTES DEL PROBLEMA
Las cámaras frigoríficas en su historia se comenzó por
necesidades del ser humano un factor muy interesante
fue la sal, el ser humano salaba su carne para
conservarla días, semanas hasta aprovechar su
consumo. Otro factor que se llevó a cabo fue que se
utilizaban tinas de aluminio las rellenaban de arena y
colocaban un recipiente dentro de ella para mantener a
una temperatura menor ala del medio ambiente.
En 1928 se empezó de forma rutinaria a
fabricar refrigeradores tanto domésticos como
industriales, para pasar posteriormente a utilizarlos en
medios de transporte como camiones o barcos.
Hay multitud de industrias que utilizan una cámara fri-
gorífica en su proceso, por ejemplo podemos pensar
en cadenas de distribución agroalimentaria, industrias
químicas o farmacéuticas, y que han supuesto un avan-
ce muy importante en las mejoras de calidad para que
el producto o materia prima tratada, mejores sus condi-
ciones de distribución, tratamiento o consumo.
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Instituto Tecnológico de TapachulaInstrumentación y control aplicado
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En la industria existe dos tipos de cámara frigoríficas,
que son de refrigeración y congelación, para diferentes
productos agrícolas en el sector primario, secundario y
terciario.
Actualmente no existe una cámara frigorífica que accio-
ne con dos tipos de refrigerantes en un solo sistema
mecánico cerrado, con la finalidad de refrigerar o con-
gelar dichos productos planteados (camarón, plátano o
cualquier producto en la costa de Chiapas), esto tam-
bién innovando con nuevos controladores o microcon-
troladores de temperatura, que se accionara con el
hardware arduino ,el módulo GSM y sensor de
presión .Cuando este tenga variaciones de temperatu-
ra entre el otro sistema de emergencia para evitar pér-
didas de productos que actualmente no existen en las
cámaras frigoríficas .
ESTADO DEL ARTE
Las cámaras frigoríficas industriales son recintos re-
frigerados por ciclos de compresión de vapor y cuya
baja temperatura se mantiene gracias a su revestimien-
to con materiales aislantes.
El espesor del aislante depende de factores como
la diferencia de temperaturas exterior e interior, o el
máximo flujo de calor permitido.
¿COMPONENTES?
1 Compresor
Su función es aumentar la presión del refrigerante en
estado vapor e impulsarlo desde el evaporador al
condensador.
2 Condensador
Extrae el calor del fluido refrigerante en estado vapor
hasta llevarlo a líquido saturado. Este calor es
transferido a otro fluido que puede ser aire o agua (ésta
puede absorber un calor latente de vaporización de 600
kcal/kg, por lo que su capacidad es mucho mayor que
la del aire).
3 Evaporador
En este componente, el fluido refrigerante extrae calor
de la cámara frigorífica, absorbiendo calor sensible y
calor latente de vaporización hasta llegar al estado de
vapor sobrecalentado.
4 Dispositivos y válvulas de expansión
Ejercen una doble función:
Reducción de la presión en el refrigerante líqui-
do saturado, provocando un subenfriamiento.
Regulación del caudal de paso de refrigerante.
5 Cámara Frigorífica
Sus elementos constitutivos básicos son tres:
Aislamiento.
Barrera antivapor.
Revestimientos.
Aislamiento
Suele ser de poliuretano, poliestireno expandido o
poliestireno extrusionado.
El aislamiento de la cámara se puede conseguir con
dos tipos de construcciones:
1. Aislamiento de cerramientos constituidos por
elementos de fábrica: Los cerramientos verticales se
construyen con ladrillos o bloques de hormigón de
fábrica y protegidos por un bordillo o murete.
El interior se chapa con piezas cerámicas o de
fácil limpieza como las metálicas o de poliéster.
Los techos se construyen en materiales ligeros
si no han de soportar carga.
Los suelos deben ser protegidos contra la con-
gelación, en el caso de cámaras con temperatu-
ra negativa.
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OBJETIVO GENERAL
Identificar, analizar y evaluar las variables de la cámara
frigorífica autómata de los productos a conservar bajo
temperaturas normalizadas y estudiadas.
OBJETIVO ESPECIFICO
1. Evaluar las variables de uso final, que influyen
la baja contaminación y alta eficiencia de refri-
gerantes térmicos.
2. Identificar la temperatura de cada producto a
conservar por medio del sensor de presión de-
mostrado en la pantalla LCD.
3. Automatización de la cámara frigorífica por
medio del módulo GSM de arduino.
4. Uso delas células peltier
5. Contribuir al desarrollo industrial para disminuir
la emisión de contaminantes.
JUSTIFICACIÓN
El realizar este proyecto tiene muchos motivos que la
justifican, primero nos lleva a analizar, fundamentar y
emplear la materia de instrumentación y control
aplicado. Los refrigerantes a utilizar y compresores
necesarios que facilitan la conservación optima de los
productos, todo ello para garantizar, calidad, frescura,
sanidad y en definitiva mejora total en la cadena
alimenticia de la que disfrutamos cada día.
En vías de desarrollo, una de las primeras líneas de
implantación industrial, tiende a ser la instalación de
grandes almacenes frigoríficos, porque mejoran muy
notablemente las condiciones alimenticias de un
territorio, permitiendo almacenamientos racionales y
posibilidades de mejora en el flujo de distribución
alimenticia en una mayor calidad de las garantías
alimentarias, como de las mejoras en las cadenas de
distribución de alimentos. Tenemos fundamentado que
esta cámara frigorífica será controlada con la tarjeta
arduino 1 el atmega 328 y el módulo GSM para operar
a distancias y hacer el uso a la intervención de la
inteligencia artificial para que cuando se tengan
irregularidades de temperatura y presión no
deseables .El producto entrara de emergencia a otro
sistema de apoyo evitando perdidas a las empresas
que comercializan grandes cantidades de productos por
medio del módulo GSM ya que el sistema de control
será empleado con el uso de células peltier que
mejoran la economía y mejor control como también el
ciclo mecánico que actualmente conocemos.
VIABILIDAD DE LA INVESTIGACIÓN
Esta investigación es viable desde el punto de vista ya
que será proporcionada como titulación integral y
participar en los concursos de innovación tecnológica
para demostrar que tenemos que evitar contaminantes
e intoxicación en productos de conservación en
frigoríficos, pérdidas grandes de los productos a
comercializar incluyendo células peltier y tarjeta
arduino.
ALCANCE Y LIMITACIONES
La programación para un control frigorífico y
comodidad y ajuste del prototipo. Pará obtener
el uso de los instrumentos de control para
llegar a una temperatura de congelación o
conservación de la cámara frigorífica.
Se pretende controlar con el arduino el nivel
de temperatura a través de un sensor de
temperatura al ciclo frigorífico variando la
temperatura y el accionamiento del
evaporador.
Se utilizó una estrategia para el ahorro de
energía para considerar y seguir con el
proyecto implementar células peltier para
demostrar el sistema de control del prototipo
las entradas y salidas análogas y digitales
imprimidas en la pantalla LCD.
HIPÓTESIS
La cámara frigorífica inteligente mantendrá
acordes de temperatura del producto que se
necesite conservar teniendo una variación de
mayor eficiencia y rendimiento termodinámico.
VARIABLES
TEMPERATURA
PRESION
OPERACIONAL
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Termómetro digital
Termostato
INDEPENDIENTES
Ley de la termodinámica
DEPENDIENTE
Utilizar lenguaje de programación para determinar la
temperatura de los productos.
Refrigerante
Material térmico
Aislante térmico
Módulo GSM
Células peltier
DESCRIPCION DE ACTIVIDADES
Fase 1 IDEA
Planteamos y definimos el proyecto a realizar..
Fase 2 OBJETIVO
Se complementó en salón de clases, con ayuda del Ing.
José Antonio Cortez García para Identificar, analizar, y
evaluar lo que se define que investigar.
Fase 3 ACEPTACION
Valoración, aceptación del asesor, tema y objetivo que
se plantea.
Fase 4 CICLO MECÁNICO
Argumentamos este método para demostrar y medir el
proceso de control con ayuda del módulo GSM.
Fase 5 ARDUINO
Este será el equipo para controlar la temperatura por
medio del sensor de presión y rangos de extracción de
energía a los alimentos con la pantalla LCD.
Fase 6 ALCANCES Y LIMITACIONES
Verificamos que lo que se plantea hacer para obtener
un circuito del nuevo sistema de la cámara frigorífica.
Fase 6 MEMORIA TÉCNICA
Estructura de la cámara frigorífica.
Fase 7 PROTOCOLO FINAL
Recolección de información planteada y cumplimento
del objetivo del mismo proyecto que se pretende desde
la materia de taller II y reforzarlo con la materia de
instrumentación y control aplicado.
Fase 8 CÁMARA FRIGORÍFICA INTELIGENTE
Conclusión del desarrollo, justificación y análisis del
proyecto.
MARCO TEORICO
¿Qué es arduino?
Arduino es una plataforma de prototipos electrónica de
código abierto (open-source) basada en hardware y
software flexibles y fáciles de usar. Arduino puede
sentir el entorno mediante la recepción de entradas
desde una variedad de sensores y puede afectar a su
alrededor mediante el control de luces, motores y otros
artefactos.
El microcontrolador de la placa se programa usando el
Arduino Programming Language, (basado en Wiring) y
el Arduino Development Environment (basado en
Processing). Los proyectos de Arduino pueden ser
autonomos o se pueden comunicar con software en
ejecución en un ordenador (por ejemplo con Flash,
Processing, MaxMSP, etc.).
Arduino UNO es una tarjeta educativa basada en el
microcontrolador ATmega328 el cual tiene 14 pines de
entrada/salida digitales (de los cuales 6 puede utilizarse
como salidas PWM), 6 entradas analógicas, un
oscilador de cristal de 16MHz, una conexión USB, un
conector de alimentación, un encabezado ICSP y un
botón “reset”.
Contiene todo lo necesario para programar y comenzar
a usar el microcontrolador; simplemente conéctelo a un
equipo con un cable USB o de alimentación con un
adaptador AC a DC o batería. La UNO difiere de todas
las placas anteriores puesto que no utiliza el chip de
controlador de FTDI USB a puerto serie. En cambio,
cuenta con el Atmega8U2programado como un
convertidor de USB a puerto serie.
SISTEMA DE TEMPERATURA
El efecto Peltier se caracteriza por la aparición de una
diferencia de temperaturas entre las dos caras de un
semiconductor cuando por él circula, una corriente
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eléctrica. Una celda Peltier está conformada por dos
materiales semiconductores uno tipo P y otro tipo N.
Internamente la celda Peltier posee elementos
semiconductores altamente impurificados y dispuestos
eléctricamente en serie mediante conductores de
cobre. Para aislar los conductores de cobre del
disipador se agrega entre ellos una placa de cerámica
que funciona como aislante.
Figura. Celda peltier
Control de la célula Peltier por PWM mediante puente
en H. Lo que permite con una única alimentación
proporcionar tanto tensiones positivas como negativas,
según la necesidad de extraer o inyectar calor en la
cámara. La célula Peltier que usaremos es la HT8-12-
40. Vmx=14.4V, Imx=8.5 A y potencia máxima extraída
Pmx=72W.
Alimentación. Para alimentar el puente en H no es
necesario una tensión regulada, basta con asegurar la
tensión suficiente para alcanzar 13V en el Peltier
considerando la caída de tensión en los cables y pistas
del circuito impreso, y en los elementos del puente en H
(MOSFET e inductancias de filtrado). Para los
elementos del puente en H se puede asumir, con los
dispositivos adecuados, una resistencia máxima de
unos 0.2Ω, lo que genera una pérdida máxima de 1.5V.
Por lo tanto se debe utilizar un sistema de alimentación
capaz de proporcionar una tensión mínima de unos
15V, para la corriente máxima consumida por el
sistema. Esta corriente es del orden de 8.5 A
incluyendo, junto con el consumo del Peltier.
Memoria técnicaCon la pantalla LCD de 16x2, el sensor de temperatura LM35, un diodo led, una resistencia de 220KΩ, un
potenciómetro para controlar la resolución de la pantalla y la placa de arduino. La temperatura de la cámara frigorífica alcanzara una temperatura específica al pasar dicha variable, en un rango de 0° a 75°c dándose la orden y respuesta del programa para encender el LED.
Las pantallas de cristal líquido (LCD) se han popularizado mucho en los últimos años, debido a su gran versatilidad para presentar mensajes de texto (fijos y en movimiento), valores numéricos y símbolos especiales, su precio reducido, su bajo consumo de potencia, el requerimiento de solo 6 pines del PIC para su conexión y su facilidad de programación en lenguajes de alto nivel (por ejemplo, lenguaje C).
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MaterialANEXOS Y MATERIALES1 Resistencia de 220 kΩ
1 potenciómetro de 10kΩPantalla LCD 16x2Cable UTPProtoboard1 sensor de temperatura LM351 Diodo LED
SHIELD GPRS/GSM Por fin entramos en la parte más interesante del proyecto, donde trabajaremos con los sistemas de comunicaciones GPRS/GSM. Recordamos que el módulo escogido para nuestro proyecto fue el “GPRS/GSM QUADBAND MODULE FOR ARDUINO (SIM900)”, el cual se muestra en la figura .
Figura: Módulo GPRS/GSM (SIM900) Junto con el módulo, se debe adquirir una antena y una fuente de alimentación externa, ya que los 5V de Arduino pueden no ser suficientes para alimentar tanto al módulo como a los componentes que conectemos a nuestra plataforma. Adquirimos también por tanto los siguientes ítems: • Antena GPRS/GSM: - Frecuencia: 900 MHz-2.1 GHz-1800 MHz - Impedancia: 50 Ohms - Polarización: vertical - Ganancia: 0 dBi - VSWR: <2:1 - Potencia: 25W - Conector: UFL - Tamaño: 35mm x 6mm - Temperatura de funcionamiento: de -40°C a +85°C
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Sistema de Control de Temperatura a través de Arduino y GPRS 61 • Fuente de alimentación externa 18V: - Tensión de entrada = 100-240 V - Tensión de salida = 18 VDC - Corriente máxima = 1,2 A - Diámetro del conector = 2,1 mm - Diámetro de la cubierta del conector = 5,5 mm Una vez que tuvimos claro todos los elementos que eran necesarios para poder integrar lashield GPRS/GSM con la placa Arduino, realizamos el pedido.Lectura de SMS a través de ArduinoEntramos en la última de las pruebas que teníamos intención de realizar del desarrollo del programa general para nuestra aplicación. Se trata de leer un SMS que se encuentre en la tarjeta SIM a través de un sketch cargado previamente en la memoria de nuestro Arduino. Llegados a este punto, se pretende utilizar el código que aparece a modo de ejemplo en la página tutorial de la shields GPRS/GSM. Dicho código viene preparado para comunicarse con el módulo a la vez que tenemos abierta la ventana correspondiente al Monitor Serial, de manera que podemos ver por pantalla los comandos que Arduino envía al módulo y las respuestas del mismo, así como el contenido del mensaje leído.Tras enviar el comando correspondiente a la lectura del primer mensaje almacenado en la memoria de la SIM (“AT+CMGR=1”), se incluye un algoritmo para almacenar el contenido del SMS en una cadena de caracteres.El Escudo GSM Arduino conecta tu Arduino a Internet utilizando la red inalámbrica GPRS. Sólo tiene que conectar este módulo en la placa Arduino, conectar una tarjeta SIM de un operador que ofrece cobertura GPRS y seguir unas sencillas instrucciones para empezar a controlar su mundo a través de internet. También puede realizar / recibir llamadas de voz (se necesita un circuito de altavoz y micrófono externo) y enviar / recibir mensajes SMS.Envío de SMS a través de Arduino Para poder comunicarnos con el módulo GPRS/GSM a través de Arduino y conseguir enviar un SMS tendremos que generar un código compuesto por las mismas instrucciones (comandos AT) que le enviábamos en el apartado anterior, de manera que cuando carguemos dicho programa en la memoria de nuestro Arduino éste se encargue de transmitirle esos comandos en el mismo orden que lo haríamos nosotros manualmente. Como siempre, lo primero que debemos hacer es plantearnos la colocación que deben tener los jumpers del módulo. En este caso el proceso es un poco más complicado que el anterior, pues para que la shield ejecute las órdenes procedentes de Arduino los jumpers deben estar colocados en modo “Arduino”, pero sin embargo, para poder cargar un programa (sketch) cuando la shield GPRS está montada
sobre él, es necesario que los jumpers se encuentren en modo “USB gateway”. Por lo tanto, a la hora de cargar el programa lo haremos con los jumpers en modo “gateway”, y una vez cargado tendremos que cambiarlos a l a posición “Arduino” para que el módulo atienda las instrucciones procedentes del mismo. Los pasos a seguir serán: 1) Generar el sketch con los comandos AT adecuados para que el módulo envíe un SMS. Adjuntamos el código del programa:
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Sistema de Control de Temperatura a través de Arduino y GPRS
Las funciones asociadas a la selección de alguna. La primera de ellas corresponde a la consulta del valor de temperatura. Tras pedir al usuario la frecuencia con la que se mostrará el valor de temperatura por pantalla, es necesario invocar a la función ‘calculo temperatura’ para obtener dicho valor y mostrarlo en el Monitor Serial. Adjuntamos el código correspondiente a estas dos funciones:
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La siguiente función (‘void SMS’) es una de las más interesantes, pues es la encargada del envío de un mensaje de texto con el valor de temperatura detectado en ese mismo momento.
Para el envío de un SMS como sistema de alerta tras la detección de un valor crítico de temperatura recurrimos a o tra función de similares características a la anterior (void ‘SMS_alarma’), que envía un mensaje de texto específico alertando al usuario junto con el valor crítico obtenido en la medida de temperatura, el cual ha hecho saltar el sistema de alarma.
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CONEXIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
BIBLIOGRAFIA
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ISBN: 84-89922-33-0
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- AUTOR/A: JOSÉ GALLARDO MARTÍNEZ TITULO:
REGLAMENTO DE SEGURIDAD PARA LAS
INSTALACIONES FRIGORIFICAS AÑO:2012
EDITORIAL: MARCOMBO CIUDAD, PAIS: ESPAÑA
- ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE Y
REFRIGERACIÓN (TEORÍA Y CÁLCULO DE LAS
INSTALACIONES). AÑO:1991 EDITORIAL: 2ª
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EDICIÓN ESPAÑOLA TRADUCIDA DE LA 3ª EDICIÓN
ITALIANA
- AUTOR/A: ANGEL LUÍS MIRANDA BARRERAS
TITULO: MANUAL TECNICO DE REFRIGERANTES
AÑO:2011 EDITORIAL: ENCUADERNACIÓN EN
RÚSTICA CIUDAD, PAIS: USA
- MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS Y
URBANISMO. NBE-CT-79. CONDICIONES TÉRMICAS
DE LOS EDIFICIOS. APROBADO POR EL RD
2169/1981 DE 22 DE MAYO.
- AUTOR/A: PABLO MELGAREJO MORENO TITULO:
CAMARAS FRIGORIFICAS Y TUNELES DE
ENFRIAMIENTO AÑO:2011 EDITORIAL: ESCUELA
POLITÉCNICA SUPERIOR DE ORIHUELA CIUDAD,
PAIS: USA
- MINISTERIO DE VIVIENDA: CÓDIGO TÉCNICO DE
LA EDIFICACIÓN, CTE-DB-H TEXTO MODIFICADO
POR RD 1371/2007 DE 19 DE OCTUBRE Y
CORRECCIONES DE ERRO BOE 25/01/2008.
- IZQUIERDO MILLÁN, MARCELO. APUNTES DE LA
ASIGNATURA “CALOR Y FRÍO INDUSTRIAL”
- ING.MECANICA AUTOR; JAIME DIEGO GONZÁLEZ
RUIZ. TÍTULO Y SUBTITULO: ESTUDIO DE IMPACTO
AMBIENTAL PARA EL CENTRO DE REGENERACIÓN
DE REFRIGERANTES LUGAR DE EDICION:
MEDELLÍN
-WEB DEL FABRICANTE DE REFRIGERANTES
DUPONT:
ANEXOS
“PROCESO PROGRAMACION DE LA CAMARA FRIGORIFICA INTELIGENTE”
/* proceso mecánico de refrigeración* Reduciendo las líneas de código usando un for(;;).* Instituto Tecnológico de Tapachula* @authores: 1. Nicolas Gonzalez Espinosa2.-Pedro Ángel Ruiz Gómez3.-Elmer Hernández Barios* @hardware:COMPRESORVALVULA DE EXPANCIONCONDENZADOR*/int pinArray[] = 5, 4, 3, 2; // Define PROCESO PASO A PASOint count = 0;// Contadorint timer = 300;// Temporizadorvoid setup()for (count=0;count<4;count++) // circulacion del gas R22pinMode (pinArray[count], OUTPUT);
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void loop() // proceso mecanico,compresion,expancion,condensacionfor (count=0;count<4;count++) // GAS A LIQUIDO(;;)digitalWrite(pinArray[count], HIGH); // proceso mecanico ida y regresodelay(timer);digitalWrite(pinArray[count], LOW);delay(timer);for (count=3;count>=0;count--) digitalWrite(pinArray[count], HIGH); // Recorrido de vueltadelay(timer);digitalWrite(pinArray[count], LOW);delay(timer);
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