Modelado y simulación de un calentador de agua eléctrico de temperatura variable basado en un controlador proporcional integral derivativo
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Date
2021
Authors
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Publisher
Universidad Nacional de Trujillo. Fondo Editorial
Abstract
La presente investigación tuvo como propósito desarrollar el modelo y la
simulación computacional de un calentador de agua eléctrico, con control
variable de temperatura basado en la implementación de un controlador PID, con
anti-windup a un hervidor eléctrico. El modelado se llevó a cabo mediante la
aplicación de balances de materia y energía, así como en una prueba de lazo
abierto. Para esto último, se ensambló un sistema de medición de la temperatura
con una placa Arduino Uno y un sensor DS18B20, obteniéndose un modelo
FOPDT mediante ajuste por mínimos cuadrados de las curvas de reacción.
Posteriormente, se propuso el diseño del lazo de control PID y se realizó la
sintonización del controlador basada en la aplicación de cinco metodologías
diferentes y anti-windup. Los resultados de la simulación demostraron que la
metodología basada en Ali y Majhi (2010) proporcionaron las respuestas
dinámicas con menores sobrepasos y tiempos de estabilización, asimismo un
menor consumo energético durante la primera hora de funcionamiento del
aparato.
The purpose of this research was to develop the model and computational
simulation of an electric water heater with variable temperature control, based on
the implementation of a PID controller with anti-windup to an electric kettle. The
modeling was carried out by applying mass and energy balances, as well as in
an open loop test. For the latter, a temperature measurement system was
assembled with an Arduino Uno board and a DS18B20 sensor, obtaining a
FOPDT model by means of least squares adjustment of the reaction curves.
Subsequently, the design of the PID control loop was proposed and the controller
tuning was carried out based on the application of five different and anti-windup
methodologies. The simulation results showed that the methodology based on Ali
and Majhi (2010) provided the dynamic responses with the smallest overshoots
and short stabilization times, as well as lower energy consumption during the first
hour of device operation.
Description
Keywords
Artefactos eléctricos