UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

FACULTAD DE ING.QUÍMICA E ING. METALÚRGICA

CARRERA PROFESIONAL DE ING. QUÍMICA

CONTROL DE TEMPERATURA DE UN HORNO ELECTRICO POR MEDIO

DE UN MICROCONTROLADOR

IVAN RODRIGO MENDOZA QUISPE

DIEGO FERNANDO BORDA CHOQUE

CUSCO

2015

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ÍNDICE DE CONTENIDO

Pág.

Resumen…………………………………………………………………………………3

Antecedentes…………………………………………………………………………….4

Nacional

Mundial

Definición del problema………………………………………………………………...4

Planteamiento del problema……………………………………………………………..4

Objetivos………………………………………………………………………………...5

General

Especifico

Justificación……………………………………………………………………………..5

Hipótesis………………………………………………………………………………...5

Fundamento Teórico…………………………………………………………………..6-7

Materiales y Metodología……………………………………………………………….8

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RESUMEN

En la actualidad, muchos procesos se efectúan bajo condiciones de control dentro de la

industria química, así como en laboratorios de análisis y de investigación dentro de la

Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco, estos procesos requieren estar

dentro de parámetros para su óptimo rendimiento siendo el control de vital importancia.

En este seminario se presentará el control de la temperatura de un horno eléctrico para

mejorar la toma de datos del mismo, así como también mejorar el ahorro de energía. Se

empleará un microcontrolador, el cual utilizará la realimentación para rechazar las

perturbaciones eliminando el error estacionario con la acción integral y anticipando el

futuro con la acción derivativa, proveerá una salida de voltaje, la cual será la señal de

control para un microcontrolador que realizará un control de tipo on-off mediante ciclos

completos de la línea de alimentación de voltaje.

El microcontrolador a ser usado es de marca SANYOU, de tipo TEMPERATURE

CONTROLLER Model I: TA6-RRR, permitiendo controlar la temperatura del horno,

además el controlador contará con un entorno agradable para el usuario. La

digitalización de la temperatura se realizará en el panel frontal y el envío de la señal de

control se realizará mediante el microcontrolador aplicado a un relay.

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ANTECEDENTES.

NACIONAL

Vallejos Romaña, C.A. (2013) Modelación, Simulación, control PID y

control predictivo de un Secador rota disco en la Industria Pesquera.

(Tesis para optar el Título de Ingeniero Mecánico-Eléctrico).Universidad

de Piura, Piura.

MUNDIAL

Reyes Sierra, H.I. & Montaña Ortega, M.F. (2010) Modelamiento y

Control Digital de Temperatura para Horno Eléctrico. (Trabajo de

Grado para Optar por el Título de Ingeniero Electrónico). Pontificia

Universidad Javeriana, Bogotá D.C.

DEFINICION DEL PROBLEMA.

En la facultad de Ingeniería. Química de la Universidad San Antonio Abad del Cusco

no se está realizando un adecuado control a hornos eléctricos, por lo cual hay una

deficiencia en la toma de datos de temperatura al realizar diferentes prácticas como por

ejemplo la cocción de materiales cerámicos.

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OBJETIVOS

GENERAL.

Control de temperatura del horno eléctrico mediante un microcontrolador.

ESPECIFICOS.

Instalación del sistema de control.

Realizar la sintonía del sistema de control.

Determinar el rango óptimo de temperatura (mínimo y máximo) de control.

JUSTIFICACIÓN.

En las diferentes prácticas que se realizan en laboratorio es muy difícil realizar

mediciones de temperatura para poder obtener datos con precisión lo cual dificulta la

calidad de entendimiento de los fenómenos que suceden dentro del horno es por ende

que la implementación de un controlador será una gran ventaja a la toma de datos para

diversas practicas realizadas en el laboratorio lo cual maximizara la calidad de

enseñanza para los alumnos de la carrera profesional de Ingeniería Química.

HIPÓTESIS

Se realizará el control del horno, presente en el laboratorio de Control de Procesos de la

Carrera Profesional de Ingeniería Química, realizando la sintonía del sistema de control,

determinando el rango óptimo de temperatura de control.

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FUNDAMENTO TEÓRICO

TEORÍA DE CONTROL.

La teoría de control y la ingeniería de control tienen como fundamento tratar con la

dinámica de procesos de diversas áreas. Es bien sabido que los procesos presentan un

número importante de variables dependientes, estas variables deben ser controladas con

el fin de obtener un comportamiento deseado del sistema. Para un control funcional del

sistema es necesario tener en cuenta los parámetros ligados el mismo (entradas,

perturbaciones, puntos de equilibrio, etc.). Ahora bien, para relacionar e interactuar las

entradas con las salidas es necesario implementar un control por realimentación. En el

cual el control correctivo aplicado a la entrada del sistema se genera a través de medidas

en la salida de este.

Usar control digital en un sistema facilita la utilización de cálculos complejos en la

teoría, e impulsa la implementación de circuitos lógicos y funciones no lineales en

forma manejable. Un beneficio de usar sistemas digitales es poder almacenar datos

referentes al comportamiento del mismo como un archivo útil para determinar fallas,

errores, mejoras, con el fin de monitorear la respuesta del sistema. Las variables

controladas pueden ser por ejemplo, presión, temperatura, nivel, caudal, humedad.

SISTEMAS DE CONTROL.

Control PID

El control PID permite regular el comportamiento del sistema basado en

tres parámetros básicos de control, representados en una acción

proporcional, una acción derivativa y una acción integral. Es necesario

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sintonizar cada una de estas acciones con el fin de garantizar un control

que cumpla con las especificaciones.

La acción proporcional se encarga de corregir los picos y las oscilaciones

de la respuesta del sistema; la acción integral se encarga de corregir el

error en estado estable aproximándolo a cero y la acción derivativa se

encarga de corregir los cambios rápidos en el transitorio.

La ecuación que representa el comportamiento de un PID continuo se

puede expresar como:

PIDC (s )=K p+K i

s+s K d

Donde K pes la constante proporcional, K ies la constante integral y Kdes

la constante derivativa. Para cada una de las acciones de control se puede

establecer que según su magnitud pueden presentarse diferentes efectos

como muestra la tabla.

Pequeño Adecuado Grande

K p Inestabilidad Corrige

perturbación

Corrección lenta de

perturbación

K i Offset Corrige Offset Oscilación

Kd Pico y Oscilación Corrige picos y

oscilaciones

Offset Alcance a SP

lento

Tabla 1. Comportamiento de parámetros PID

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MATERIALES Y METODOLOGÍA:

Materiales

Los materiales a ser utilizados se presentan en la siguiente lista:

a) 1 controlador, marca SANYOU, de tipo TEMPERATURE CONTROLLER

Model I: TA6-RRR.

b) 1 Relé.

c) 1 Horno Eléctrico, presente en el laboratorio de Control de Procesos de la

Carrera Profesional de Ingeniería Química.

d) 1 Termopar o Termocupla.

e) 1 Contactor.

Metodología

Corresponde a la sintonía del controlador, así como métodos de identificación de

procesos, ayudándonos de herramientas computacionales como Excel y Matlab® ya sea

para la toma de datos o para la sintonía del controlador.

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