Diseño y construccion de un prototipo comercial de termocontrolador de uso doméstico

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Incluye anexos

Tesis (Ing. Civil Electrónico. Mención en Control Automático e Instrumentación) -- Prof. guía: Jaime Glaría Bengoechea; prof. corref.: Edmundo Sepúlveda Quiroga

h. 101

[Resumen del autor]

En el siguiente trabajo se explicará la forma en que se diseñó un prototipo de termocontrolador para ser utilizado en el hogar. Tal como su nombre lo indica, un termocontrolador regula la temperatura de salida de un calentador de agua. Debido a que es lo más utilizado en los hogares en nuestro país y a que es prácticamente la única forma en que se puede entregar una alta potencia calórica al agua, es que este trabajo se ha enfocado hacia la utilización de un cálefont a gas licuado o GLP, aunque se pueden extender sus resultados a otros tipos de calentador. La estrategia de control pasa por regular el flujo de agua que atraviesa el calentador, de tal manera que cuando pasa poco agua, ésta alcanza una alta temperatura. Al contrario, si pasa más agua, la temperatura de salida es menor, porque la energía que entrega el calentador es aproximadamente constante, según las estimaciones realizadas durante el estudio, las que resultaron ser válidas en régimen estacionario al momento de comprobar el funcionamiento del modelo. Esto difiere del enfoque “tradicional” de la optimización de energía, que intentaría variar (disminuyendo) la energía que consume el calentador; sin embargo, y he ahí una de las innovaciones del trabajo realizado, se busca optimizar el consumo de gas, y no minimizarlo. Si bien en los objetivos iniciales del trabajo se planteó la minimización de la energía consumida, a poco andar se cambió el enfoque del trabajo debido a la inmensa complejidad que presentó este objetivo, porque escapaba del alcance de una memoria de pregrado. De igual manera, se planteó el utilizar energía eléctrica para hacer un ajuste fino de la temperatura, considerando que el grueso de la potencia térmica sería entregada mediante la combustión de gas. Esto también se modificó al desarrollar el producto, puesto que se determinó que el control fino de la temperatura podía ser abordado sólo con la estrategia de control de flujo. Durante el desarrollo del presente trabajo, se comienza obteniendo un modelo dinámico del cálefont. A partir del mismo, se toma la decisión de utilizar el flujo de agua como variable de control, comenzando a elaborar un actuador tal que pudiese implementar el control de flujo. Se opta por utilizar un arreglo de válvulas ON/OFF en vez de válvulas proporcionales. Esta es otra innovación que presenta este trabajo, puesto que se reemplaza a una válvula proporcional sin problemas y con una solución más económica y sencilla de implementar y manejar. Posteriormente, se introduce inteligencia para manejar dicho actuador, utilizando un microcontrolador sobre una plataforma de desarrollo diseñada por un alumno dentro del Departamento de Electrónica, en una tesis anterior. Una vez que se eligió esta plataforma para controlar el dispositivo, se diseñó una estrategia de control basándose en el modelo dinámico y algunas simulaciones realizadas. Esta estrategia se implementó programándola en lenguaje C, se probó en la planta real, y se entregan finalmente los resultados obtenidos. Finalmente, cabe destacar que el aporte académico de esta memoria de título no se basa en la utilización de una estrategia de control compleja, ni en la profundidad de sus resultados. Se basa en que se diseñó un equipo completo, considerando todas las variables que implica la ingeniería para este tipo de casos. Si bien es un trabajo que puede ser mejorado en muchos aspectos, como cualquier prototipo, le entrega a quien lo lee una mirada realista de cómo se debe llevar a cabo el diseño de un equipo electrónico, cuáles son las etapas de desarrollo, y qué problemas pueden surgir en el camino.

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