En esta memoria se describen los fundamentos, procedimientos y resultados obtenidos en la implementación de un conjunto de estrategias de control de temperatura sobre una plataforma de automatización industrial. Este desarrollo fue aplicado a una planta piloto de calentamiento inductivo de fluidos de pasada (PPCI) con aplicaciones directas en procesos de Biolixiviación. El principal objetivo del trabajo es obtener una implementación de un sistema de control que sea robusto frente a las perturbaciones medioambientales propias de un contexto de montaña. Este trabajo se enmarca en el proyecto FONDEF D05I10098 “Mejoramiento de Operaciones de Biolixiviación de Minerales de Cobre y Electro-Obtención en Plantas a Gran Altura Mediante Calentamiento de Soluciones por Inducción Magnética”, donde participan la Universidad de Chile, la Universidad Técnica Federico Santa María, IDT S.A. y AngloAmerican Chile. Las estrategias de control aquí implementadas y evaluadas comparativamente fueron 3: Control PI Tradicional, Control PI Fraccionario (FOPI) y Control Adaptable Combinado por Referencia a Modelo (CMRAC). De este último esquema se desarrollaron 2 versiones para procesamiento en tiempo discreto: una basada en la discretización de la formulación de tiempo continuo de la estrategia (CMRAC-C) y otra a partir de la formulación en tiempo discreto de la estrategia (CMRAC-D). La implementación se realizó en un controlador industrial NI compact FieldPoint programado en ambiente LabView, esto con el fin de contar con una plataforma tecnológica de control confiable bajo condiciones de operación ambientales adversas. La metodología aplicada comenzó con la programación de las estrategias de control en la plataforma industrial. Luego, se probó su correcta implementación aplicándolas a una planta de prueba, consistente en un motor de inducción manejado por un variador de frecuencia, manipulando este último con el controlador. Los resultados obtenidos en esta planta fueron utilizados para realizar de forma iterativa correcciones y ajustes a la implementación, validando su funcionamiento. Hecho esto, se procedió a probar las estrategias en la PPCI, comparando el desempeño de cada estrategia discutiendo sobre cuál es la más adecuada para las condiciones de operación requeridas. Producto del proceso de corrección iterativo en la planta de prueba se detectaron problemas con la implementación discreta del operador integro-diferencial fraccionario, necesario para la aplicación de la estrategia FOPI. Al utilizar una ventana de datos, la información que se pierde resulta relevante, obteniéndose resultados deficientes. Se propuso una forma de aproximar dichos datos perdidos prolongando el período de validez del resultado, lo que se traduce en un mejoramiento considerable en el cálculo de la acción de control de la estrategia FOPI. Esta aproximación fue validada mediante simulaciones aplicándose a algunos sistemas sencillos y probada experimentalmente en la planta de prueba. Los resultados obtenidos permiten concluir que, para un punto de operación particular, con cualquiera de las estrategias de control estudiadas puede obtenerse un buen seguimiento de referencia. En estas condiciones, el comportamiento obtenido con las estrategias adaptables es considerablemente más lento que aquel obtenido con los controladores lineales PI tradicional y FOPI. Esto debido a que existe un retardo importante en la lectura de temperatura de la planta, lo que determina una mayor lentitud en la estimación de los parámetros adaptables. Sin perjuicio de lo anterior, las estrategias adaptables aplicadas presentaron comportamientos más robustos que las de parámetros fijos frente a cambios en las condiciones ambientales, lo que determina que potencialmente estas estrategias sean las más adecuadas para la operación del equipo en contexto de montaña. Con respecto a la comparación entre las dos implementaciones realizadas de la estrategia CMRAC, se mostró que con ambas estrategias fue posible obtener resultados de similar desempeño. Tomando en consideración que la versión CMRAC-C es considerablemente más simple y rápida de implementar que la CMRAC-D, además de ser conceptualmente más intuitiva, se sugiere utilizar la primera en el prototipo semi-industrial de 500KW que se esta construyendo dentro del proyecto FONDEF D05I10098.

La implementación de un sistema HVAC aplicado un centro de datos y telefonía, donde operan distintos equipos electrónicos que en conjunto son el medio principal de comunicación en determinada empresa, es un tema de suma importancia, ya que se hace uso de equipos de aire acondicionado obsoletos que operan ininterrumpidamente, lo que trae como consecuencia un alto consumo de energía y alto riesgo de fallo. Esta central está ubicada en una ciudad donde se presentan temperaturas elevadas de día y temperaturas adecuadas para el funcionamiento de los equipos de noche, característica del clima de este lugar que podría ser aprovechada para reducir costes en el consumo de energía.

El presente documento consta de cuatro capítulos los cuales se exponen a continuación: 1. En el primer capítulo se presenta la problemática del proceso de control de variables ambientales bajo invernadero, los factores del cultivo en ausencia de un sistema de control de variables ambientales y el análisis de la problemática. 2. En el segundo capítulo se presenta el estado de arte de la investigación, la metodología empleada en el control climático bajo invernadero y los conceptos generales del sistema de control. Finalmente, en este capítulo se presenta el modelo teórico de la investigación y las definiciones operativas del sistema de control. 3. En el tercer capítulo se plantea la hipótesis y se definen los objetivos. También se expone la metodología de la investigación y las consideraciones de base para el diseño. Finalmente se muestran los diagramas de bloques, diagramas de esquemáticos de los circuitos del sistema de control, así como también el diagrama de flujo y el esquema del sistema de control. 4. En el cuarto capítulo se muestran los resultados de las pruebas realizadas con los diferentes circuitos diseñados y simulaciones del programa de control. También se exponen los resultados obtenidos de las simulaciones realizadas y el costo de diseño del sistema de control. Finalmente se presentan las conclusiones obtenidas a lo largo del desarrollo de la investigación del sistema de control ON/OFF de temperatura. También se provee de las recomendaciones para un mejor desempeño del sistema de control.

El presente trabajo de tesis está orientado principalmente al área de Ingeniería de Control. El tema central consiste en diseñar e implementar un controlador de agua temperada enfocado al uso doméstico. Como parte introductoria, el documento contiene información acerca de productos o soluciones similares existentes en el mercado así como la problemática que los usuarios presentan con estos mismos. A lo largo del documento, se expone información técnica sobre el desarrollo de un controlador difuso, basado en microcontroladores, elaborado con componentes electrónicos y circuitos integrados del mercado peruano. Además se presenta información relacionada al modelamiento del controlador difuso, así como también muestra el diseño de circuitos para una etapa de sensado y potencia las cuales son las encargadas de monitorear y controlar, respectivamente, el proceso de calentamiento del agua. Por último, se presentan las simulaciones y pruebas del diseño propuesto para comprobar su correcto funcionamiento. El trabajo desarrollado en esta tesis pretende ofrecer una solución que se ajuste, de la mejor manera posible, con las necesidades de los usuarios para lograr resolver y mejorar los problemas existentes en los sistemas actuales.

Este trabajo de tesis muestra el diseño de un equipo contrastador de temperatura para el Laboratorio de Energía de Ingeniería Mecánica de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la PUCP. Cuando se habla de mediciones de temperatura, el instrumento más utilizado para este fin, es la termocupla, la cual muestra los valores de temperatura medidos, por medio de su termómetro digital acoplado. Este termómetro, con el tiempo y uso, suele descalibrarse y es responsabilidad del operario del instrumento efectuar calibraciones periódicas del aparato con el fin de asegurar la confiabilidad de las mediciones. Por ese motivo se diseñó, en este trabajo, un equipo contrastador térmico de una termocupla tipo K. Este dispositivo simula el comportamiento de dicha termocupla y podrá ser acoplado a los termómetros digitales, permitiendo a los usuarios de tales termómetros, contrastarlos, para determinar si necesitan calibrarse. El equipo permitirá el ingreso de valores con saltos de 10 ° C, y tendrá un rango de - 30 a 250 ° C. Para el presente proyecto, primero se identificó las partes más importantes que conforman tales equipos, y posteriormente con ayuda de un diagrama de bloques se diseñó la estructura interna del simulador. Para cada parte del diagrama se hizo una selección de componentes que permitieron cumplir con los requisitos de cada bloque respectivo. Seguidamente se escogió, justificando con los debidos criterios de selección, los componentes más apropiados para cada bloque. Una vez escogidas todas las partes del diagrama se procedió a realizar simulaciones de determinados bloques junto con un análisis de error, de cada uno de los componentes, para conocer la máxima desviación o el máximo error que se podría obtener en la salida del equipo, consiguiendo un valor satisfactorio de error igual a 1.78 ° C, en el peor de los casos. Es importante mencionar que este proyecto se llevó a cabo con el fin de ser una referencia para personas que deseen efectuar una investigación más profunda en lo que respecta a la generación de centenas de microvoltios de un transductor.

La presente tesis parte de la revisión de un prototipo de agitador electromecánico (equipo ampliamente utilizado en laboratorios clínicos y hospitales) con movimiento orbital y control de temperatura, velocidad y tiempo, la cual otorgó la información necesaria para el diseño de sus mejoras. La misma abarca desde el respaldo teórico necesario que fundamenta la investigación hasta el completo desarrollo del tema planteado. La investigación tuvo como objetivo principal dar una completa revisión a un prototipo de agitador ubicado en el laboratorio de electrónica de la PUCP, el cual fue construido dentro de las actividades del Grupo de Desarrollo de Equipos para Laboratorios Biológicos (EquiLaB) varios años atrás (del cual no se poseía información alguna). La revisión buscó otorgar las bases necesarias para proceder a realizar observaciones, recomendaciones y diseños necesarios para que, al ser implementados, mejoren el funcionamiento del prototipo con miras a convertirse en un producto terminado que pueda competir en funcionamiento y costo contra los equipos agitadores comerciales. Tras la realización del marco teórico y problemático que acompañan la investigación se procede a realizar la revisión del prototipo. Esta fue dividida en las diferentes partes a revisar que contenía el equipo, siendo estas, la electrónica, el motor DC, la mecánica, el control de temperatura y la programación. Cada una de las secciones revisadas va acompañada de las correspondientes observaciones, recomendaciones y/o diseños necesarios según la sección que se revisa. En el caso de los diseños propuestos para la sección del control de temperatura, estos fueron simulados a fin de observar su correcto funcionamiento. Asimismo, cada recomendación y/o observación realizada se basa en el estudio y en los ensayos realizados como parte de la revisión del prototipo y se respaldan en estos. Una vez finalizada la revisión e investigación de las posibles mejoras los resultados se compararon con los objetivos iniciales propuestos, llegando a la conclusión que de implementar los diseños realizados y de seguir las recomendaciones propuestas, será posible, tras las pruebas y estudios correspondientes, obtener un producto que posea funcionalidades comparables a las de un agitador comercial con un posible menor costo, como se muestra en el presupuesto presentado en el presente documento.

This work presents the dynamic modeling of a refrigeration machine evaporator that uses CO2 (R744) as refrigerant fluid, for the cooling down of a liquid water stream, as required for instance by buildings air handling units. The main goal of such a work is to accurately model the transient evolution of the evaporator outlet superheat, which is one of the main parameters to control, due to its importance in refrigeration systems. A high value of superheat temperature reduces the performance of the system, while a low or null value can generate the suction of liquid which damages the compressor. The theory of moving boundaries [19] with grouped parameters has been used for so. This method allows a precise resolution with a low numerical weight. In this method, the evaporator is divided into only two regions: the two phase region and superheated steam region, in which the energy conservation and mass conservation equations are solved. By using only two control volumes, the number of equations to be solved is smaller, thus reducing the calculation time. The ultimate aim of this work is to serve as a mathematical model usable for the design of efficient refrigeration system controllers, which are one of the most practical ways to improve the performance of these machines. The results of a numerical analysis and of a sensitivity analysis, regarding to the influence of the heat convection coefficient of the two phase region, are also presented. For this sensitivity analysis, the maximum and minimum values available in the literature, see reference [7], have been used. According to this study, the convective coefficient ofCO2 varies from 8000 to 12000 W ·m−2 ·K−1. From this sensitivity analysis, it is observed that, despite the previously mentioned uncertainty about the convective coefficient value, the latter is not influential on the rest of the calculations and on parameters such as internal pressure, length of the two-phase lengths or superheat value. This is due to the fact that the thermal resistance of the liquid hot fluid is much higher than the cold fluid in the phase change region, the global heat transfer coefficient is thus more influenced by the hot fluid thermal resistance. A maximum error of 3 percent is finally estimated in the determination of the transient superheat temperature.

Los hornos de secado son una herramienta utilizada ampliamente en la industria, en especial en la fabricación de transformadores. En la actualidad, el proceso de secado de transformadores se realiza en hornos eléctricos, los cuales consumen una gran cantidad de energía debido a las largas horas de operación. Por esta razón, se presentó una propuesta innovadora, la cual es reemplazar las resistencias calefactoras por un sistema de calentamiento a gas. Para que esto fuese posible, era necesario diseñar e implementar un nuevo sistema de control de temperatura que permitiera alcanzar una estabilidad de +/-5°C hasta un máximo de 130°C y, adicionalmente, añadir un sistema de monitoreo de humedad con una exactitud de +/-5% para determinar si es posible establecer una relación entre esta y la calidad final de los transformadores. El desarrollo de este trabajo de tesis consistió en la selección de los sensores adecuados para los rangos de temperatura y humedad; y el diseño y desarrollo de los circuitos de acondicionamiento de señal respectivos. La selección de un controlador que permita implementar un algoritmo de control para mantener una variación de +/-5°C como máximo. El desarrollo de una interfaz de usuario y la selección de la fuente de alimentación para todo el sistema. Para verificar que se cumplió los requerimientos de exactitud y estabilidad, se realizó varias pruebas en el laboratorio, en donde se pudo obtener una exactitud de +/-1°C en el rango de interés para el módulo de temperatura y una exactitud de +/-3% para el módulo de humedad. En la prueba de estabilidad realizada al horno como sistema, se obtuvo una máxima variación de +/-4°C al programar una temperatura de 120°C. Este trabajo de tesis brindó resultados satisfactorios en lo que respecta a estabilidad de temperatura, pero aún es necesario realizar algunas mejoras en lo que respecta a uniformidad y distribución de esta.

Las cámaras de envejecimiento se emplean para estudiar la degradación de materiales, especialmente en el contexto del patrimonio histórico peruano, con el objetivo de desarrollar técnicas de conservación. La exposición a condiciones ambientales, como temperatura y humedad, provoca desgaste en los materiales, y esta tesis se centra en diseñar un sistema de control difuso para regular estas condiciones en una cámara de envejecimiento. Para lograrlo, se establecen los principios teóricos que explican el comportamiento del aire en la cámara y se desarrolla un modelo matemático no lineal que representa la cámara de envejecimiento, incluyendo elementos como calentadores, enfriadores, humidificadores y deshumidificadores. Se llevan a cabo simulaciones utilizando el software Simulink de MATLAB y se comparan con datos experimentales. El diseño del sistema de control es un desafío debido a las no linealidades y la interacción entre las variables. Esto requiere técnicas avanzadas de control. Antes de implementar un controlador difuso basado en el modelo no lineal, se realiza un estudio exhaustivo de la teoría del control difuso. Diseñar un sistema de control para acelerar la exposición de materiales es desafiante debido a no linealidades y la interacción entre variables, lo que requiere técnicas de control avanzado. Se lleva a cabo un estudio exhaustivo de la teoría del control difuso antes de diseñar el controlador. Este controlador difuso se compara con un controlador convencional, mostrando menos oscilaciones y una reducción del error acumulado.

En la actualidad la influencia que existe por parte de los sistemas de control sobre las diversas ramas de la ingeniería ha ido en aumento; por lo que se esta convirtiendo en un elemento útil y de necesidad primordial para su difusión y enseñanza. Una manera óptima de reflejar estos conocimientos hacia los estudiantes es mediante el uso de módulos educativos de sistemas de control. Un caso particular, son los módulos de control de temperatura, los cuales cuentan con diversas características técnicas y científicas, a su vez proporcionan a los docentes una herramienta didáctica y práctica para la enseñanza. Los sistemas de control de temperatura cuentan con sensores dispuestos en la planta los cuales proveen de señales eléctricas a un interfaz conectada a un controlador, este a su vez, se encargará de procesar los datos y enviará señales hacia los actuadores instalados también en la planta. Su practicidad se basara en contar con un diseño el cual permita su conexión con controladores PC’s, a su vez la reducción de costos para el desarrollo e implementación se basaría en aplicar criterios de selección adecuados sobre los elementos que componen el sistema. La presente tesis tiene como objetivo el diseño del subsistema mecánico y eléctrico correspondiente a la planta diseñada y su interconexión con un interfaz hacia una computadora personal mediante una tarjeta de adquisición de datos. El documento se compone de cuatro capítulos. En el primer capítulo se establece el Estado del Arte de los módulos de Control de Temperatura. En el segundo capítulo se muestra la Descripción del Sub-sistema Mecánico y Eléctrico que forman parte del Sistema de Control. En el tercer capítulo se propone el diseño de cada subsistema. Y en el cuarto capítulo, se realizan pruebas y simulaciones de los diseños propuestos. Se concluye que la propuesta de diseño cumple con los requerimientos para las distintas etapas que componen el sistema, y a un menor precio que los del mercado internacional.