Diseño e implementación de un controlador de temperatura para un flujo de agua calentado por combustión de etanol

Abstract

La presente tesis muestra el análisis y diseño, paso a paso, de la implementación de un controlador de temperatura; el cual ha sido adaptado a un hornillo que funciona a combustión de etanol y que calienta un flujo de agua. Para su desarrollo ha sido necesario diversos análisis físicos que se fueron implementando, corrigiendo y mejorando; recurriendo para ello, a la investigación y a los conocimientos adquiridos durante la formación universitaria. Para una buena comprensión de la tesis, se deben tener en cuenta ciertos conocimientos de termoquímica, termodinámica de procesos de flujo estable, diseño de máquinas por elementos de transmisión de movimiento, electrónica general, características constructivas y principios de funcionamiento de un motor dc, teoría de control clásico y programación de microcontroladores PIC. El contenido está organizado en 3 capítulos. En el capítulo 1 se presenta la introducción al trabajo elaborado; en el que se menciona los antecedentes, se identifica el problema y la hipótesis principal, se plantean los objetivos, justificación, alcance y recursos empleados para la investigación. En el capítulo 2 se muestra el marco teórico en el que se detallan los métodos, principios, teoremas y fórmulas que han sido utilizados para el desarrollo de la tesis, dividido en cuatro aspectos; el primero relacionado con la energía, el segundo relacionado con la mecánica, el tercero relacionado con el dispositivo de control y el cuarto relacionado con la programación del microcontrolador. En el capítulo 3 se detalla la solución del problema, paso por paso, de cada objetivo planteado; iniciando por las posibilidades energéticas del hornillo, que es el artefacto al cual se le diseña el controlador de temperatura; seguido se explica el diseño del mecanismo regulador de calor, cuyo fin es lograr variar la temperatura del flujo de agua en la salida del hornillo; luego se trata el diseño del dispositivo de control, que es el dispositivo electrónico que el usuario utiliza para controlar al mecanismo regulador; finalmente se detalla el análisis basado en teoría de control clásico, para obtener la ley de control que se expresa en un algoritmo para programar al microcontrolador. Adicionalmente se agregan los PLANOS mecánicos del hornillo y del regulador de calor, para observar los detalles constructivos; luego para complementar la tesis se han agregado 2 apéndices. En el APÉNDICE A se detalla el análisis geométrico para el diseño del mecanismo regulador de calor. En el APÉNDICE B se muestran los códigos en Matlab (para cálculos) y C (para programación del microcontrolador); así como los bloques en Labview (para la adquisición de datos de los sensores).