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Practica 3

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA


CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
LABORATORIO DE CONTROL AUTOMÁTICO

INFORME #3

CONTROL PID

GRUPO #4

• Chico Diana
• De la Cueva Delany
• Flores Rey
• Rosero Kevin
• Ruiz Dayana
• Salambay Jimena

Docente: Ing. Ricardo Narváez


Ayudante: Est. Xavier Gordón
Fecha de Entrega: 05/03/2022

SEMESTRE 2022 – 2023


UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERIA QUÍMICA
CONTROL AUTOMATICO

RESUMEN
Implementación de un lazo de control cerrado, de tipo proporcional, en
un sistema de calentamiento de agua de pequeña escala, para lo cual se
instala sensores electrónicos, microcontroladores, resistencias,
actuadores conectados a un recipiente que contiene la sustancia líquida,
en donde al cargar el programa al microcontrolador y verificar la
efectividad de la planta mediante el control periódico de la temperatura,
este emitirá señales a los actuadores y las recepta como datos dinámicos
de las posiciones y temperatura del fluido en con respecto al tiempo. Se
obtuvo el ciclo de trabajo al 10% y 90% del tiempo de estabilización
transcurrido hasta alcanzar el valor del set point. Se concluye que, la
implementación de un microcontrolador junto con el control PID es una
herramienta útil para mejorar la estabilidad y precisión en el control de
procesos.

PALABRAS CLAVE
CONTROL_CERRADO/MICROCONTROLADOR/CONTROL_PID/
SET_POINT
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERIA QUÍMICA
CONTROL AUTOMATICO

PRACTICA 3
CONTROL PID

1. OBJETIVOS
1.1.Control proporcional
1.1.1. Implementar un lazo de control cerrado, de tipo proporcional, en un
sistema de calentamiento de agua de pequeña escala.
1.1.2. Verificar la operación del actuador utilizado para el controlador PID,
basado en modulación de ancho de pulso

2. MATERIALES Y REACTIVOS
2.1. Control proporcional
2.1.1. PC con acceso a Arduino IDE + librería PID_v1.h
2.1.2. Microcontrolador Arduino
2.1.3. Tabla para prototipado electrónico
2.1.4. Termistor LM35
2.1.5. Cables para conexiones electrónicas
2.1.6. Cable USB
2.1.7. Relay DC 5V
2.1.8. Enchufe para 110V AC
2.1.9. Cable gemelo
2.1.10. Bornera
2.1.11. Resistencia eléctrica
2.1.12. Recipiente para agua y hielo
2.1.13. Agua
2.1.14. Hielo (opcional)
2.1.15. Termómetro
2.1.16. Cinta adhesiva

3. ESQUEMA EXPERIMENTAL
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CARRERA DE INGENIERIA QUÍMICA
CONTROL AUTOMATICO

Figura 1. Esquema de planta experimental control proporcional.

Fuente: Laboratorio de Control Automático, Facultad de Ingeniería Química, Universidad


Central del Ecuador. (2023)

4. PROCEDIMIENTO
4.1. Control proporcional
• Con la cinta adhesiva, colocar el termistor LM 35 a la pared externa del recipiente
de agua
• Conectar el termistor LM 35 a un puerto analógico del microcontrolador
Arduino. De igual manera, habilitar conexiones para fuente DC de 5V y tierra.
Basarse en la nomenclatura del dispositivo para realizar las conexiones.
• Acoplar el cable gemelo provisto al enchufe 110V AC por uno de sus extremos.
• En el cable gemelo, realizar un corte en uno de hileras mientras su par
permanece sin alteración.
• En el segmento cortado, colocar el relay de 5V DC, de tal manera que un
extremo del cable gemelo cortado se acople al puerto NC y el otro extremo se
conecte al puerto COM.
• Conectar el relay de 5V DC, por el extremo remanente, a una entrada digital del
microcontrolador Arduino. Verificar que la entrada digital seleccionada permita
utilizar la función “interrupción” de acuerdo con el modelo del
microcontrolador. De igual manera, habilitar conexiones para fuente DC de 5V
y tierra.
• En el extremo libre del cable gemelo, colocar la bornera.
• En el extremo libre de la bornera, conectar la resistencia eléctrica y colocarla en
el recipiente de agua.
• Colocar agua y hielo en el recipiente, junto con la resistencia.
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CONTROL AUTOMATICO

• Conectar el microcontrolador Arduino, con todas las conexiones descritas, a la


PC.
• Empleando Arduino IDE y verificando que la librería PID_v1.h esté disponible,
editar el programa provisto de tal manera que se cuente con un valor para KP,
mientras se mantienen los valores de KI y KD en cero. De igual manera,
establecer un valor de “set point” en unidades de temperatura (°C).
• Instalar el programa en el microcontrolador. Verificar que la compilación y la
carga se hayan realizado correctamente.
• Conectar el enchufe del cable gemelo al suministro eléctrico 110 AC.
• Verificar la efectividad de la planta mediante control periódico de la temperatura.
De igual manera, verificar la efectividad con ayuda del monitor serial de
Arduino IDE.
• Registrar datos de operación hasta que se haya alcanzado el valor de set point
• Con el registro de tiempo y de posiciones adoptadas por el relay, determinar el
ciclo de trabajo y su variación en el tiempo. Utilizar secciones de tiempo de
cinco minutos (diez ciclos de 30 segundos). De igual manera, revisar el monitor
serial de Arduino IDE para verificar la variación entre valores 0 y 1 para el
relay.
• Dividir la base de datos generada en secciones de cinco minutos cada una, hasta
alcanzar el valor de tiempo en el que se alcanza el “set point”
• Para cada sección de tiempo, contar la cantidad de veces que el valor del relay
estuvo en “1”.

5. DATOS EXPERIMENTALES

5.1. Control proporcional

Tabla 2. Configuraciones empleadas para el controlador proporcional


KP 3
Set point, °C 35
Fuente: Laboratorio de Control Automático, Facultad de Ingeniería Química,
Universidad Central del Ecuador. (2023)

6. CÁLCULOS
6.1. Ciclo de trabajo

𝑪𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐𝒔 𝒅𝒆𝒍 𝒓𝒆𝒍𝒂𝒚 𝒆𝒏 𝒗𝒂𝒍𝒐𝒓 "𝟏"


𝑪𝒊𝒄𝒍𝒐 𝒅𝒆 𝒕𝒓𝒂𝒃𝒂𝒋𝒐 = ∗ 𝟏𝟎𝟎 Ec. 1
𝟏𝟎 𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐𝒔

*Realizar el cálculo para los segmentos de tiempo correspondientes a 10% y 90% del
tiempo total requerido para alcanzar el valor “set point”

Link Cálculos Excel: CÁLCULOS PRÁCTICA 3 CONTROL AUTOMÁTICO .xlsx


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7. RESULTADOS
7.1. Resultados para el controlador proporcional.

Tabla 3. Resultados en base dinámica


Tiempo de estabilización, s 242
Ciclo de trabajo al 10% del
tiempo de estabilización 4.7473
transcurrido
Ciclo de trabajo al 90% del
tiempo de estabilización 75.6358
transcurrido
Fuente: Laboratorio de Control Automático, Facultad de Ingeniería Química,
Universidad Central del Ecuador. (2023)

8. DISCUSIÓN

La presente práctica es válida por implementar de forma correcta el control de lazo


cerrado, de tipo proporcional, en un sistema de calentamiento de agua de pequeña escala,
la dicha práctica existieron errores sistemáticos ya que al momento de usar el Arduino
este no funcionó de manera correcta debido a la efectividad de la computadora esto
produjo una toma de datos no tan acertada, por otro también existieron errores aleatorios
debido a la mala instalación de los cables esto provoco que se quemara el equipo
ocasionando que no se lleve a cabo la práctica de forma correcta al ya no tener el
funcionamiento del equipo. A su vez se puede observar en la Tabla 3 que al aplicar un
ciclo del trabajo de 90% se va a obtener una mayor potencia en comparación con el ciclo
de trabajo del 10%. Para futuras prácticas se recomienda tener una computadora
funcional para el uso del Arduino, también se recomienda verificar el correcto
funcionamiento de los enchufes en el laboratorio para evitar que el equipo se queme o
dañe.

9. CONCLUSIONES

9.1. En un controlador PID los sistemas reales tienen limitaciones que reduce la capacidad
del controlador para conseguir la respuesta deseada. Por mucho que se aumente la acción
proporcional, llegará un momento en el que el accionador se saturará y no podrá dar más
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de sí, todo depende del voltaje que se lo emplee para obtener una velocidad máxima de
calentamiento. (Diana Chico)
9.2. La implementación de un sistema de control proporcional en un proceso de
calentamiento de agua mediante una resistencia eléctrica y un microcontrolador Arduino
ha demostrado ser una solución efectiva para alcanzar un valor de temperatura deseado
en un tiempo determinado. El control proporcional permitió que el proceso de
calentamiento fuera más preciso y eficiente, evitando variaciones bruscas de temperatura
y reduciendo el tiempo de espera. (De La Cueva Delany)
9.3. En base a los resultados obtenidos, se determinó que el ciclo de trabajo al 10 y
90% del tiempo de estabilización indica una proporción de tiempo durante el cual un
sistema está activo en relación con el tiempo total del ciclo evidenciándose que mientras
más se acercaba al set point el ciclo de trabajo aumenta, por lo cual al llegar a
estabilizarse, el controlador PID emitirá una señal para que todos los actuadores dejen de
funcionar. (Rey Flores)

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