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.

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.

El presente proyecto consiste en implementar una cámara de refrigeración para el almacenamiento de 1680 toneladas de palta Hass, la cual debe trabajar a una temperatura ambiente de +5° C. El producto es almacenado en paletas, las cuales se distribuyen en un sistema de almacenamiento conocido como estantes (racks) acumulativos. Para obtener la temperatura del aire al interior de la cámara, se usó un sistema de refrigeración con R-717 (Amoniaco) bombeado; debido a su alta eficiencia y bajo potencial de calentamiento global (de su sinónimo en inglés PCG) en comparación a los refrigerantes sintéticos (Cero Grados Celsius 2015). El diseño final se basó en las necesidades de producción del cliente en alta demanda (toneladas por día) y en el estudio de catálogos y manuales de refrigeración para la selección de equipos de la cámara frigorífica. El sistema de refrigeración con R-717 bombeado, tiene como principales componentes: un compresor de tornillo, un motor asíncrono trifásico, un condensador, evaporadores simple efecto, válvulas de expansión, tanques presurizados (tanque separador y tanque recibidor), bombas de amoniaco, dispositivos de seguridad (presostatos) y dispositivos de control (termostatos). Para el aislamiento, se consideraron paneles de poliestireno expandido de 100 mm de espesor. Finalmente, para la parte estructural se consideraron perfiles de acero galvanizado, teniendo como medidas finales de la cámara frigorífica: 53.5 m (L) x 23.2 m (A) x 9.6 m (H). El trabajo realizado contempló el cálculo de cargas térmicas, la selección de los principales equipos de refrigeración y el cálculo de tuberías. Adicionalmente, en los anexos se muestran ejemplos de selección usando softwares y catálogos. Finalmente, se muestra el detalle del costo estimado para la implementación de la cámara de refrigeración el cual asciende a $ 602,123.

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.

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.

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.

En el mercado industrial actual existe una alta competitividad por elevar la productividad y la calidad de su producto final. Por estos motivos, se encuentra en una constante búsqueda por mejorar el control de sus procesos y para ello requiere de profesionales que se encuentren mejor capacitados en temas relacionados a la instrumentación y el control de procesos. Debido a esta necesidad, existen diversas empresas que fabrican módulos didácticos que permiten desarrollar las experiencias de control requeridas para ser competitivo dentro del ámbito industrial actual. Sin embargo, la mayoría de instituciones educativas no cuentan con los recursos económicos suficientes para la adquisición de uno de estos módulos debido al alto costo de inversión que esto significa. Por ello, el objetivo que se busca al desarrollar este proyecto es implementar un sistema de control de temperatura de bajo costo en el módulo educativo control de nivel que se encuentra actualmente en el Centro de Tecnologías Avanzadas de Manufactura (CETAM). Una vez concluido, este módulo permitirá desarrollar conocimientos teórico-prácticos en el campo de control de procesos, así como en el manejo de los equipos involucrados. Para seleccionar adecuadamente los componentes que forman parte del módulo, se establecieron como principales referentes su funcionabilidad y su costo de adquisición. Una vez realizada la implementación se obtuvo el modelo matemático de la planta y se desarrolló el algoritmo de control PID, debido a que es frecuentemente empleado por las industrias. Este algoritmo fue implementado utilizando conceptos de control por computadora, y le permitió al sistema operar correctamente lazos de control dentro del rango de temperaturas de 25 °C a 36 °C. Además, se implementó una interfaz de usuario que permite visualizar gráficamente del comportamiento de las variables del sistema y modificar de manera sencilla los parámetros del controlador que tienen una relación directa con la respuesta.

El cultivo bajo invernadero permite crear un microclima dentro de un espacio cerrado y proteger los cultivos de fenómenos climáticos derivados del ambiente externo. Tradicionalmente, estos invernaderos son operados manualmente por el agricultor en base a su experiencia. Sin embargo, existen sistemas automatizados que facilitan el monitoreo y control de las condiciones climáticas de acuerdo a las necesidades del cultivo. En este trabajo se propone el diseño de un sistema automatizado para el monitoreo y control de humedad de un invernadero que se construirá en el distrito de Abelardo Pardo Lezameta, ubicado en el departamento de Áncash. Para tal fin se planteó una estrategia de control que permita establecer un valor adecuado de humedad dentro del invernadero mediante un algoritmo de control on/off que ejecute una de las dos etapas de humidificación y deshumidificación, de acuerdo a la medición del sensor de humedad. Se usó el sensor de humedad DHT22 que provee al sistema diseñado de un rango de operación de 0-100% y una resolución de +/-2%. Además, se seleccionaron actuadores que permitan nebulizar y ventilar el invernadero para variar la humedad, se usó una electroválvula que permita el pase del agua hacia los nebulizadores, así mismo se usaron tres motores para la apertura y cierre de las ventanas del invernadero. Por otro lado, se desarrolló una interfaz de usuario, la cual sirva para monitorear los cambios de la variable controlada en una computadora, así como también operar los actuadores remotamente. Se realizaron pruebas y simulaciones del sistema diseñado, las cuales demostraron que el sensor de humedad elegido puede usarse para este tipo de aplicaciones, obteniendo mediciones de humedad de una manera rápida y sencilla. Por otro lado, se logró establecer la comunicación serial entre el sistema de control y la computadora a través de la interfaz de usuario implementada. La interfaz de usuario desarrollada ayuda a facilitar el control y monitoreo del parámetro climático dentro del invernadero. Todo esto permitirá dar autonomía al invernadero.

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.