>INGENIERIA ELECTRICA-CONTROL I

Resumen—Este documento contiene el desarrollo del control para una planta térmica la cual simula la incubación de hongos comestibles, los cuales deben estar dentro de un rango específico de humedad y temperatura lo cual proporciona a los hongos un ambiente óptimo para su crecimiento y cosecha.

Palabras clave— hongos, humedad, temperatura.

I. INTRODUCCION

El crecimiento de los hongos se debe dar en dos pasos la incubación y la fructificación.

Para nuestro interés la incubación es el proceso en el cual el hongo pasa de ser un vegetal a estar activo para lo cual debe contar con una temperatura de aprox. 30- 35 °C (la cual puede ser mayor o menor según el tipo de hongo) (en base a (2)), así mismo debe contar con una humedad mayor al 70%.

El hongo deberá durar en este estado durante 26 días antes de entrar a la etapa de fructificación, que dura entre 3 y 8 días.

Así pues nuestro objetivo es crear un cuarto de incubación y fructificación en el cual se controlen y mantengan dentro de los rangos las variables anteriormente mencionadas.

Se utilizara para este objetivo una caja hecha en icopor, simulando unas paredes con alta resistencia térmica, como fuente de calor utilizaremos dos bombillos de 100W dispuestos de manera tal que entreguen e intercambien calor con la tierra de la manera más eficiente.

El suelo que se ha dispuesto ha sido un suelo negrusco con algo de pajilla, lo cual favorece el crecimiento del hongo.

II. CONTROL

Para el control de estas dos variables, se utilizaron dos tipos de sensores uno comercial de temperatura (LM35) y uno de humedad construido por nosotros mismos en base a (1).

El esquema de control utilizado para los dos tipos de control es el siguente:

CONTROL DE TEMPERATURA>

1. Bloque de Control.2. Bloque manejo del MOSFET.3. Bloque de los bombillos.4. Bloque de la planta.5. Bloque del sensor de temperatura.6. Bloque del sensor de humedad.7. Bloque acondicionamiento señal.

A continuación se explicara cada uno de los bloques que ya están definidos, y se dejaran pendientes los que están por definir.

Dentro de los objetivos principales de este documento será realizar el modelamiento dinámico de la planta.

1. Bloque de control.Este bloque quedara pendiente debido a que falta la ilustración por parte del docente en temas tales como sistemas de primer y segundo orden.

2. Bloque manejo del mosfet.Este bloque se encargara de controlar la corriente a través del bombillo por medio del control del disparo de un Mosfet(IRF840), de la siguiente manera:

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CONTROL DE HUMEDAD Y TEMPERATURA DE UNA ENCUBADORA

DE HONGOSAna Maria Nuñgo Pinzon, Yesid Alonso Figueroa Pico, Cristian Jesús Gómez Castro

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Donde la resistencia representa los bombillos.

3. Bloque de los bombillos.

Este bloque representa la conversión de energía eléctrica en calor, su ganancia será de 97.2

4. Bloque de la planta

Debido a que es el objetivo principal de este documento se explicara posteriormente.

5. Bloque del sensor de temperatura

Este representa los circuitos dispuestos para censar la temperatura y adecuarla para restarla con la referencia. Los cuales son:

6. Bloque del sensor de humedad.

La idea básica del sensor de humedad fue tomado del documento antes nombrado, consta de:

Debido a que la resistencia en la tierra es dependiente de su humedad, la resistencia de la tierra en este circuito será función de la humedad del terreno. MODELAMIENTO DE PLANTA DESDE EL PUNTO DE HUMEDADPara esto se tomaron los siguientesdatos y se realizo una regresion lineal para obtener la resistencia de conveccion.

T Grados C V R (tierra) V(R 10kohms)

24 0,56 5,56

25 0,58 5,54

26 0,59 5,53

27 0,60 5,52

28 0,61 5,51

29 0,62 5,50

30 0,63 5,49

31 0,66 5,45

32 0,70 5,42

33 0,72 5,39

34 0,76 5,36

35 0,8 5,31

36 0,82 5,3

37 0,85 5,27

38 0,87 5,24

39 0,92 5,19

Este valor se calculo de la misa manera que se calculo la resistencia de conveccion en la termica, por supuesto guardando porprcion en las medidas, esta regresion lineal se calculo con los datos de la

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Para calcular el valor de la capacitancia supuesta deHumedad se obtuvo que era de: 0.281cm3/Ω.

tabla anterior y se encontro el siguiente valor de resisitencia.

CONTROLADORES

Se diseno un controlador proporcional para el control de temperatura y humedad, esto se hizo ya que la planta era de primer orden por tanto no iba a presentar sobrepico, y era inútil o inclusive perjudicial utilizar un controlador PI o un PD.

Se eligio un Kp=100, asi pues obteniamos un error del 1%

Ess

Para la planta termica se eligio:R2=1MR1=10K Para la planta de humedad se eligio un Kp=50Es decir:R2=500kR1=10kCabe aclarar que la planta desde el punto de vista de la humedad usa un control ON/OFF, para el riego del agua.

7. Bloque de acondicionamientoSe utiliza para realizar el adecuado acondicionamiento de la señal antes de restarla con la señal de control.

Ahora que ya se entiende cual es el esquema de control y de que consta cada uno se explicara el funcionamiento mas detalladamente, lo que se pretende es mantener la temperatura de la tierra entre 34 y 39 °C y una humedad de entre el 75% y el 85 %.

Lo que se pretende es controlar la cantidad de corriente que circula a través del bombillo para así controlar el flujo de calor sobre la tierra. A parte de esto se estará censando la humedad para saber en que estado se encuentra, si después del riego logramos una humedad del 85% y se establece una temperatura en la tierra de 37 °C ,se tendrá que la resta entre la ref. de humedad y la señal de sensor será cero, a medida que la humedad disminuya debido al calor sobre la tierra y la ventilación

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natural la resta en entre estas dos ya no será cero por tanto de allí saldrá una señal a restarse con la señal de control de manera que vaya disminuyendo la señal sobre el Tip proporcionalmente, ósea sobre el bombillo de modo que la temperatura vaya decayendo y así mismo la humedad disminuya mas lentamente.En el momento en el que la humedad disminuya por debajo del 75%, el sistema avisara para realizar el riego respectivo sobre la tierra para así lograr otra vez una humedad del 85%, lo cual seria volver al punto inicial de la explicación.

III. MODELAMIENTO DINAMICO

Para conocer la función de transferencia de la planta, debimos realizar varias pruebas para establecer la resistencia de conveccion debido a la apertura de la caja y la capacitancia térmica de la planta. Así como establecer la resistencia por conducción del poliestireno expandido (icopor) a partir de su conductividad térmica.

Para establecer la resistencia de conveccion natural, se realizaron algunas pruebas en la planta donde se obtuvieron los siguientes resultados:

incremento de temperature°C TIEMPO (sg) Energia (J)

30 0 031 14 252032 31 558033 52 936034 79 1422035 105 1890036 134 2412037 172 3096038 221 3978039 265 4770040 350 6300041 429 7722042 542 97560

Como sabemos este fenómeno no es lineal por lo tanto a los datos que obtuvimos deberemos realizarle una regresión lineal par así linealizar la curva y obtener una recta que represente con el menor error posible la curva anterior.

Donde:La curva azul es la de los datos de las pruebas.El morado es la regresión lineal de la curva en cuestión.

De allí obtenemos:m: 0.0001215b: 31.97

Cabe anotar que la regresión en general no tiene un error muy pequeño, pero para la temperatura en la cual se encontrara nuestra planta si tiene un error mínimo, lo cual nos permite modelar de la mejor manera la planta. De los datos podemos concluir que CT (capacitancia térmica) es de 8230 j/°C, así mismo de la regresión podemos obtener la resistencia por conveccion natural que en este caso es de:

0.0001215°C/W

Con respecto a la resistencia por conducción debemos primero conocer el área total del recipiente, así como el espesor del mismo.

Teniendo en cuenta que la conductividad térmica (K) del icopor (poliestoreno expandido) es de 0.033 W/m°C

R=x/ (A*K) = 0.0085m/ (0.1577m2*0. 033 W/m°C)=1.63 W/°Cm2

Con estos datos podemos ahora hallar la función de transferencia de la planta que se presentara en una hoja aparte por la complejidad de hacer los cálculos en computador.

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La función de transferencia de la temperatura, resulto de esta manera de primer orden.

FOTOS DE LA PLANTA

IV. ANÁLISIS DE RESULTADOS

De los resultados obtenidos en las pruebas podemos anotar varias cosas importantes:

Podemos notar que la planta tendrá una respuesta rápida dentro del rango de temperatura en el cual hemos establecido la temperatura de acuerdo a los hongos.

Podemos notar que cuando deseamos aumentar mas la temperatura, se demora mas en alcanzar el estado deseado, creemos que estos es debido a que como cada vez el aire esta mas caliente hay un intercambio mas rápido del aire caliente y el frió dentro de la planta creando un bluce cada vez mas rápido.

V. CONCLUSIONES

Podemos notar que nuestra planta es un sistema de primer orden, por ello en los resultados vimos ese tipo de respuesta exponencial.

Fue interesante notar que tanta energía se perdía debido a la convección natural, ya que por supuesto la temperatura aumenta bastante rápido, pero de esta manera era más complicado manejar las dos variables puesto que era más difícil extraer el vapor del aire allí contenido.

Se eligió el poliestireno expandido como material para contener la tierra de los hongos, ya que como supimos cuando investigamos sobre el tema, estos sitios de incubación son bastante aislados térmicamente para controlarlos más fácilmente.

Podemos anotar que como ocurre en un conductor de energía eléctrica a medida que aumenta la temperatura aumenta su resistencia, así que la resistencia a a 20ºC era menor a la resistencia a 37ºC.

Para la planta térmica se utilizo un controlador proporcional ya que el modelamiento de esta nos dio como resultado un sistema de primer orden.

VI. BIBLIOGRAFIA

Notas de clase. Modelado de sistemas ing. Carlos

Barragán Modelado de sistemas y control PID

José Rairan Antolinez.

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