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Control de un intercambiador de calorTrabajo final de la

Especialización en Sistemas Embebidos.

Mag. Lic. Guillermo Rafael Pey

Director:Ing. Juan Manuel CruzCodirector:Esp. Ing. Alejandro Celery

Jurados:Esp. Ing. Leonardo CarducciEsp. Ing. Nicolás DassieuEsp. Ing. Patricio Bos

Buenos Aires, Diciembre de 2018

Mag. Lic. Guillermo Rafael Pey Control de un intercambiador de calor 1 / 28

Usos del intercambiador de calor

Industrias:Alimenticias.Metalúrgicas.Químicas.

Vehículos:Autos.Camiones.Motos.

Hogar:Calefacción.Refrigeración.Ventilación.

Descripción del intercambiador implementado

De flujo concéntrico y a contracorriente

Objetivos y alcance

Construir un intercambiador de calor.

Diseñar un control PID y sintonizarlo.

Relevar los datos de un escalón a lazo abierto.

Obtener la función de transferencia utilizando MATLAB.

Comparar dichos valores obtenidos.

Marco teórico

Acciones Básicas Combinación de acciones básicasProporcional (P) Proporcional - Integrador (PI)

Derivativa (D) Proporcional - Derivativa (PD)Integral (I) Proporcional - Integral - Derivativa (PID)

Control de acción Integral (I) y proporcional e integral(PI)

Diseño y estructura de la planta

Por norma IRAM 2407 seidentificaron las zonas con:

Agua fría: Color verde claroAgua caliente: Color verdeoscuro con lineas naranjas.

Características principales de los componentes

EDU-CIAA-NXP V1.1:Plataforma educativa del proyectoComputadora Industrial AbiertaArgentina.

Transductor de temperatura contermocupla K:Utilizado para tomar los valores detemperatura.

Cooler:Utilizado para mover el flujo deaire.

Diseño de firmware

Diagrama de tareas:

tEnsayar_PWM

tLeer_SPI

tBarrer_PWM

tConsola

tBlinky

Tarea de trabajo Tareas de análisis

Scheduler

Interfaz con el usuario

Tarea de PID

1 static void tPID( void* taskParmPtr )2 { float temperatura, salida, PID[3];3 char msg[L_MENSAJE_CONSOLA];4 struct Medicion_temp mt;5 qPID_init( M_AUTOMATIC );6 TickType_t ticker = xTaskGetTickCount();7 while(TRUE) {temperatura = calcular_temperatura();8 salida = qPID_Process( &controller, setpoint,

temperatura, PID );9 pwmWrite ( CANAL_PWM, (uint8_t) salida * 2.55 );

10 sprintf ( msg, "%+6.2f,%+6.2f,%+6.2f,%+6.2f,%+6.2f,%+6.2f",setpoint, temperatura, setpoint -temperatura, PID[0], PID[1], PID[2]);

11 mensaje_consola( msg );12 vTaskDelayUntil( &ticker, 1000 / portTICK_RATE_MS );13 }14 }

Tarea de lectura de termocupla

1 static void leer_temperatura( struct Medicion_temp * m )2 { uint16_t lectura, aux;3 gpioWrite ( PIN_CHIP_SELECT_SPI, 0 );//Habilito esc SPI4 spiRead ( SPI0, (uint8_t*)&lectura, 2 );//Una lectura

son 16 bits => leo dos bytes5 gpioWrite ( PIN_CHIP_SELECT_SPI, 1 );//Deshabilito el

esclavo SPI6 aux = (lectura >> 3) & 0x0FFF;//la lectura en cuartos

de grados celsius7 m->hay_termocupla = !((lectura >> 2) & 0x0001);8 m->entero = aux / 4;//Parte entera9 m->fraccion = (aux % 4) * 25; //Fraccion de 0,25 grados

celsius10 }

Respuesta al escalón de la planta

Con Cutecom se envían por puertoserie los parametros para:

Estabilizar con un flujo de airedel 40 %.Variar el flujo de aire del 40 %al 90 %.Se espera a su estabilización.

Gráfico de la respuesta al escalón de la planta

Carga de las variables de entrada y salida del sistema

Modelado de la Planta utilizando Ident de MATLAB

Estimación de la función de transferencia conMATLAB

Función de transferencia por medio analítico

Ensayos de control de la planta

Identificación:Función de transferencia de primer orden con retardo.Caracterización:Prueba del escalón con el método de ajuste IMC (modelo interno decontrol).

Entre los límites de 60◦C y 70◦C.

Se toma el tiempo de estabilización.

Se comparan los resultados obtenidos.

Escalón de 60◦C a 70◦C con parámetros de MATLAB

Escalón de 70◦C a 60◦C con parámetros de analíticos

Perturbación temporal externa

Perturbación permanente externa

Análisis de resultados

Las variables de estabilización no se pueden manejar libremente.

Si se busca una estabilización rápida, el sistema no lo puedealcanzar y no trabaja acorde a lo establecido.

Es muy importante conocer a fondo el sistema, para poder definirlos parámetros de diseño del mismo.

Conclusiones

Se diseñó e implementó un sistema que permite controlar unintercambiador de calor mediante una EDU-CIAA.

Se desarrolló un modelo a escala del intercambiador.

Se aplicaron conocimientos adquiridos a lo largo de la Carrera deEspecialización en Sistemas Embebidos.

Por lo tanto, se concluye que los objetivos planteados al comienzo deltrabajo han sido alcanzados satisfactoriamente.

Trabajo futuro

Realizar otros modelados de control.

Reemplazar los componentes de entrada y salida por otros deelectrónica más robusta.

Implementar este desarrollo en la industria nacional.

Gracias por su atención

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