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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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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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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