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Procedimientos metodol�gicos� en el dise�o de prototipos� de controladores de temperatura y velocidad en dispositivos manuales

 

Methodological procedures in the design of prototypes of temperature and speed controllers in manual devices

 

Procedimentos metodol�gicos na concep��o de prot�tipos de controladores de temperatura e velocidade em dispositivos manuais

 

Rodrigo Eduardo L�pez-Pallo II relp.rodrigo@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-8811-6141

Luis Jacinto Mendoza-Cuzme I mluisjacinto@hotmail.com https://orcid.org/0000-0001-5870-5810

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	Mike Paolo Machuca-Avalos III danny_rch@hotmail.com https://orcid.org/0000-0003-1093-3886

 

 

 

 

 

Correspondencia: mluisjacinto@hotmail.com

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de investigaci�n

 

 

*Recibido: 31 de junio de 2021 *Aceptado: 31 de julio de 2021 * Publicado: 31 de agosto de 2021

 

1. Mag�ster en Automatizacion y Control Industrial, Ingeniero Electrico, Ecuador.
2. Ingeniero Electrico, Ecuador.
3. Mag�ster en Comercio y Finanzas Internacionales, Ingeniero Electrico, Ecuador.

Resumen

La investigaci�n tuvo por objeto: elaborar un diagn�stico sobre los procedimientos metodol�gicos que se aplican en el dise�o de prototipos� de controladores de temperatura y velocidad en dispositivos manuales, partiendo de una problem�tica referenciada por datos aportados por 20 docentes de las Universidades Ecuatorianas, donde se imparten titulaci�n en el �rea de la ingenier�a el�ctrica y electr�nica, evidenci�ndose� que no hay una uniformidad de criterios en los procesos llevados a cabo para el dise�o, b�sicamente porque estos dispositivos vienen ya elaborados para adecuarse seg�n las situaciones de control para lo que est�n ya fabricados. El estudio fue bajo el paradigma cuantitativo, de campo, de nivel descriptivo y exploratorio aplicando procedimientos a nivel te�rico y emp�rico, al un grupo docentes universitarios del �rea de conocimiento de controles autom�ticos. Se hizo una revisi�n bibliogr�fica sobre la tem�tica abordada, para luego contrastarlo con los datos aportados en las entrevistas y encuestas aplicadas, arrojando como resultados que los m�todos de dise�os de controladores esta acorde con los recursos tecnologicos que se emplean en la academia, no se adecuan a los �ltimos avances tecnologicos, son consistentes con las literaturas, pero distan de ser aplicados a nivel industrial, debiendo existir una normativa tecnica que rija los procedimienos de dise�o. El diagrama de procesos obtenido permite sistematizar los metodos mediante una correlacion de pasos integrales y diversificada, recomendandose mayores vinculaciones entre la academia y las empresas.

Palabras clave: controladores de temperatura y velocidad; diagrama de procesos; procedimientos metodologicos de dise�o.

 

Abstract

The objective of the research was: to elaborate a diagnosis on the methodological procedures that are applied in the design of prototypes of temperature and speed controllers in manual devices, based on a problem referenced by data provided by 20 teachers from Ecuadorian Universities, where they are taught degree in the area of ​​electrical and electronic engineering, evidencing that there is no uniformity of criteria in the processes carried out for the design, basically because these devices are already elaborated to adapt according to the control situations for what they are already manufactured. The study was under the quantitative, field, descriptive and exploratory level paradigm, applying procedures at a theoretical and empirical level, to a group of university teachers in the area of ​​knowledge of automatic controls. A bibliographic review was made on the topic addressed, to then contrast it with the data provided in the interviews and applied surveys, showing as results that the controller design methods are in accordance with the technological resources used in the academy, they are not adequate to the latest technological advances, they are consistent with the literature, but are far from being applied at an industrial level, and there must be a technical regulation that governs the design procedures. The process diagram obtained allows the methods to be systematized through a comprehensive and diversified correlation of steps, recommending greater links between academia and companies.

Key words: temperature and speed controllers; process diagram; methodological design procedures.

 

Resumo

O objetivo da pesquisa foi: elaborar um diagn�stico sobre os procedimentos metodol�gicos que s�o aplicados no projeto de prot�tipos de controladores de temperatura e velocidade em dispositivos manuais, a partir de um problema referenciado por dados fornecidos por 20 professores de universidades equatorianas, onde se encontram lecionou licenciatura na �rea de engenharia el�trica e eletr�nica, evidenciando que n�o h� uniformidade de crit�rios nos processos realizados para o projeto, basicamente porque esses dispositivos j� s�o elaborados para se adaptarem �s situa��es de controle pelo que j� s�o fabricados. . O estudo decorreu sob o paradigma quantitativo, de campo, descritivo e explorat�rio, aplicando procedimentos a n�vel te�rico e emp�rico a um grupo de professores universit�rios da �rea do conhecimento dos controlos autom�ticos. Foi feita uma revis�o bibliogr�fica sobre o tema abordado, para ent�o contrast�-la com os dados fornecidos nas entrevistas e levantamentos aplicados, mostrando como resultados que os m�todos de projeto de controladores est�o de acordo com os recursos tecnol�gicos utilizados na academia, n�o s�o adequados para os �ltimos avan�os tecnol�gicos, s�o consistentes com a literatura, mas est�o longe de serem aplicados a n�vel industrial, devendo haver um regulamento t�cnico que rege os procedimentos de projeto. O diagrama de processos obtido permite que os m�todos sejam sistematizados por meio de uma correla��o abrangente e diversificada de etapas, recomendando maiores v�nculos entre academia e empresas.

Palavras-chave: controladores de temperatura e velocidade; diagrama do processo; procedimentos de design metodol�gico.

 

Introducci�n

El vocablo: dise�ar, proviene de la lengua latina designare y desde su etimolog�a adquiere el significado de designar, marcar, delinear, trazar, planificar, inventar. Al darle una definici�n desde las ciencias de� la ingenier�a, se establece como un proceso donde se aplican una serie de t�cnicas y principios con el prop�sito de crear objetos o procesos en detalle para posibilitar su creaci�n. En este sentido, el dise�o conlleva a tres niveles de creaciones: el primero cuando se concibe el producto como una idea en mente, el segundo cuando se plasma en un boceto o plano su configuraci�n y un tercer nivel, cuando se crea de forma tangible a trav�s de prototipos funcionales.

Estos prototipos funcionales son definidos en la mayor�a de los casos con una terminaci�n denominada:� m�quinas; las m�quinas son definidas como aparatos constituidos por una serie de subsistemas de naturaleza mec�nica, el�ctrica y estructural, con componentes denominados elementos de m�quinas, que est�n dispuestos de forma articulada, con el� prop�sito intr�nseco de transformar movimientos en fuerzas, para un prop�sito espec�fico, entre las que est�n: la manufactura, ensambles, ergonom�a, mantenimiento, reciclaje o� transporte de productos.

Considerando lo planteado por Medina y Arias (2020), el proceso de dise�o es de por s�, complejo, porque lleva a plantear muchas prerrogativas tales como: relaciones de movimientos entre componentes, relaciones entre los desplazamientos y los esfuerzos generados, la cantidad de calor generado por el consumo energ�tico, los requisitos de control de los procesos, los materiales involucrados, los procesos de fabricaci�n, los costos estimados, la seguridad impl�cita, las emisiones contaminantes, los aspectos legales, entre otros. Lo anterior hace necesario la necesidad� de abordar este proceso de dise�o desde la multidisciplinariedad de las ciencias para abarcar el mayor n�mero de requisitos que deben ser satisfechos.

Como una consideraci�n de vital importancia en la opercacionalidad de las maquinas o aparatos, seg�n lo manifiesta Bolton� (2011),� est�,� la velocidad y temperatura a la que se pueden someter los componentes, ya que los materiales que lo conforman presentan limites resistivos que pueden desencadenar fallas, debi�ndose disponer de ciertos elementos de control para minimizar estos impactos.

 

Descripci�n de la realidad problematizadora

Tomando como referencia los datos aportados por 20 docentes seleccionados de las Universidades donde se imparten titulaci�n en el �rea de la ingenier�a el�ctrica y electr�nica, se pudo evidenciar que no hay una uniformidad de criterios en los procesos llevados a cabo para el dise�o de controladores de temperatura y velocidad para equipos manuales, b�sicamente porque estos dispositivos vienen ya elaborados para adecuarse seg�n las situaciones de control para lo que est�n ya fabricados. En la industria de fabricaci�n de controladores existen departamentos de investigaci�n y desarrollo que aplican sus metodolog�as de dise�o, las cuales no se extienden al �mbito educativo, debi�ndose adoptar procesos que est�n preestablecidos en las literaturas correspondientes, pero que est�n alejadas de las realidades del entorno Ecuatoriano y no consideran los avances tecnol�gicos que sobre esta materia est�n presentes en el mercado.

De all� entonces que esta investigaci�n tuvo como objetivo principal: Elaborar un diagn�stico sobre los procedimientos metodol�gicos que se aplican en el dise�o de prototipos� de controladores de temperatura y velocidad en dispositivos manuales.

Se plantearos como objetivos espec�ficos los siguientes:

�       Evaluar los m�todos empleados para el dise�o de� controladores, partiendo de una revisi�n de trabajos investigativos realizados y publicados.

�       Establecer un procedimiento general de dise�o a partir de los procesos llevados a cabo en las referencias consultadas y contrastada con los aplicados por los docentes.

�       Proponer una sistematizaci�n metodol�gica desde el punto de vista acad�mico para el complemento de la acci�n de dise�o de controladores de temperaturas y velocidad.

 

Consideraciones te�ricas

Un controlador autom�tico queda definido por Vera y Cadena� (2019), como un dispositivo o conjunto de dispositivos que miden el valor de una variable, condicion o estado,corrigiendo o limitando las potenciales desviaciones de este valor, medido desde una referencia de mando llamado set point. Tiene por objeto producir en un sistema dado, una salida deseada cuando las entradas son cambiadas, dandose en forma de se�ales de mando en espera que la salida siga y cuyas pertubaciones se espera minimizar; el dise�ador debe satisfacer� tres condiciones basicas para el comportamiento del sistema de control: que sea estable, preciso y rapido en la respuesta.

Condori y Serpa (2017), establecen que un sistema de control tieno por objeto, mantener en un periodo de tiempo, un valor constante o planificado de un parametro f�sico que se este midiendo. Se fundamenta en la medicion que toma a la salida de un proceso, para retroalimentarla� como una nueva entrada al sistema. Estos sistemas de control se clasifican en sistemas de lazo abierto y lazo cerrado.

Un sistema de control de lazo abierto presenta una se�al de salida donde no se mide ni se retroalimenta para compararla con la entrada y no influye sobre la accion de control. Su representacion queda como la mostrada en la figura 1.

 

Figura 1: Sistema de control de lazo abierto

Fuente: An�lisis y elaboraci�n propia 2021

 

Un sistema de control de lazo cerrado presenta una se�al de salida controlada, que es sometida a una retroalimentaci�n y comparaci�n con un valor de entrada referenciada, envi�ndose una acci�n de control directamente proporcional a la diferencia entre los valores de entrada y salida del sistema, de manera� que se mitigue el error y se compense la salida. Su representaci�n se muestra en la figura 2

 

Figura 2: Sistema de control de lazo Cerrado

Fuente: An�lisis y elaboraci�n propia 2021.

La automatizaci�n industrial seg�n Henriquez y Martinez (2019), establece una parte esencial a nivel productivo de las industrias modernas, por su empleo en el ajuste de variables para la prevencion de fallas que ocacionen y lleven a potenciales paralizaciones de las plantas que la conforman.� Es necesario el conocimiento de la operatividad dinamica de los procesos para aplicar un determinado control, pudiendo ser descritos por modelos simplificados que consideren factores tales como ganancia, tiempos muertos y tiempos de estabilizacion.�

Esto entonces, lleva a afirmar que la automatizacion contempla una serie de procesos que se ejecutan sin la participacion directa de personas, sino por la accion directa de controladores que estan configurados mediane una secuencia de instrucciones� y acciones de monitoreo de forma continua.

Los elementos que conforman a un sistema automatizado son:

�       La energia para operar los procesos que conforman al sistema.

�       Un programa de instrucciones secuenciadas para direccionar los procesos.

�       Un sistema de control para la activaci�n de las instrucciones.

 

Loacham�n y �au�ay (2015) manifiestan que en� Ecuador,� producto de las demandas del entorno, se ha visto en la necesidad de incentivar a las peque�as y medianas industrias para fomentar un desarrollo t�cnico sostenido que la lleve a un cambio de paradigma productivo, de forma tal que al adoptar los mecanismos de automatizacion:

�       Se alcancen mejores tiempos de produccion a partir de procesos ininterrumpidos.

�       Se concrete un control de variables con mayores niveles de precision� para mejorar la calidad de los productos, disminuyendo las incertidumbres asociadas.

�       Se aumente la capacidad productiva.

�       Se facilite la ergonomia al� recurso humano.

�       Se aseguren los procedimientos.

�       Se satisfaga las exigencias del mercado consumidor.

 

Estos condicionantes quedan interrelacionados considendo los componentes del sistema de control mostrados en la figura 3

 

Figura 3: Componentes de un sistema de control

Fuente: Loacham�n y �au�ay 2015.

 

Se puede apreciar la importancia que tiene un controlador dentro de un proceso, ya que por medio de �ste, se puede estabilizar y sacar mayor provecho a los sistemas productivos. Existen muchos tipos de controladores que se fundamentan sobre variables� de los procesos, siendo estas variables: temperatura, humedad, PH, velocidad, presi�n, salinidad, turbidez, entre muchos otros. Para esta investigaci�n se tom� como objeto de investigaci�n, los controladores de velocidad y temperatura en cuando a los procedimientos metodol�gicos que se siguen para su dise�o� y posterior inserci�n en equipos manuales.

Un controlador de temperatura es un instrumento dise�ado para que un equipo opere dentro de un rango� de valor deseado, ejerciendo acciones de control para que el proceso se mantenga operativo seg�n los requerimientos establecidos por el dise�ador. Se trata de comparar la temperatura del medio donde se da un proceso, con una temperatura ideal o de referencia para acometer una acci�n reguladora o de control. Para esto se usan sensores de temperatura, que seg�n Gomez (2017), es un dispositivo que permite medir la temperatura en un punto de interes, tranformandolo en una se�al analogica o digital, pudiendo ser: termopares, resistencias o semiconductores.

Un controlador de velocidad seg�n Avila , Cuasquer, Ortega y Pozo (2016),� es un dispositivo de naturaleza electronica, que presenta un circuito formado por un conjunto de transistores, que tienen la funcion de regular la transferencia de energia desde los motores, hasta obtener una variacion estable, precisa y efectiva de la velocidad, su direccion y torque. Un sensor de velocidad seg�n Gomez (2017), es un dispositivo que permite medir el desplazamiento por unidad de tiempo de un objeto,� debiendose considerar� de inicio, el tipo de velocidad que se desea conocer. Para esta investigacion el interes esta centrado en la velocidad angular, ya que a nivel industrial mayormente se trabaja con revoluciones de giro por minutos. Entre los mas extendidos se encuentran los tacometros y los encoders.

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Materiales y m�todos

Modalidad de la Investigaci�n

La investigaci�n se enfoca bajo el paradigma cuantitativo que seg�n Hernandez, Fernandez, y Baptista (2014), se recogen y analizan datos cuantitativos. Trata de determinar la fuerza de asociaci�n o correlaci�n entre las variables: controladores y dispositivos manuales, la generalizaci�n y objetivaci�n de los resultados a trav�s de una muestra y as� hacer inferencia causal que explique por qu� las cosas suceden o no, de una forma determinada. Para� este caso se busca una metodolog�a que sea m�s acorde para el dise�o de los controladores de velocidad y temperatura en equipos manuales.

Tipo de investigaci�n: de campo, de nivel descriptivo y exploratorio, seg�n Hernandez, Fernandez y Baptista (2014), se busca recabar informacion sobre el estado que tiene el proceso de dise�o de controladores, tomando como referencia dependencias universitarias y sus desarrollos en los ultimos a�os, de manera que puedan ser� estudiados y conocer con mayor detalle,� los procedimientos que se llevan a cabo para este fin.

Instrumentos: Se ejecutaron los siguientes: gu�a de revisi�n documental, encuesta general y entrevista

Procedimientos: para recabar y procesar� los datos vinculantes� a las variables de estudio, se adoptaron� m�todos y procedimientos a nivel te�rico y emp�rico, seg�n Hernandez (2017), para la obtenci�n de la� mayor informaci�n posible sobre las variables: controladores y equipos manuales y sus interrelaciones desde la visi�n de los sujetos de estudio, que para la presente investigaci�n, son los docentes que imparten conocimientos en unidades curriculares vinculadas a los controles automaticos.

 

 

 

 

M�todos del orden te�rico

Hist�rico-L�gico: Con el objetivo de entender la trayectoria real de los procedimientos empleados en el dise�o de los controladores sobre equipos manuales, tomando en cuenta investigaciones desarrolladas en los �ltimos a�os.�

An�lisis y s�ntesis: Con el prop�sito de estudiar los fundamentos epistemol�gicos que rige el dise�o de controladores de velocidad y temperatura, a los fines de establecer los m�todos que delinien el proceso de dise�o de estos elementos.

Inducci�n y deducci�n: Con el objetivo de generalizar las experiencias sobre los procedimientos que se imparten en las c�tedras sobre el dise�o de controladores y luego particularizarlo de acuerdo a la realidad presente en el contexto de actuaci�n.

 

M�todos del nivel emp�rico

Revisi�n documental: Con el objetivo de obtener informaci�n necesaria sobre el dise�o de controladores, para su posterior contrastaci�n con los contenidos curriculares de las materias afines.

Encuesta general: Con el prop�sito de recabar de la muestra inicial, los datos de la realidad problematizadora.

Entrevista: Con el fin� de comprobar y enriquecer� los datos vinculados a los m�todos de dise�o de controladores.

An�lisis de los datos: Se aplic� el m�todo estad�stico descriptivo a la encuesta y a la entrevista.

 

Resultados y discusion

Se realiz� una� evaluaci�n de los m�todos empleados para el dise�o de� controladores, partiendo de una revisi�n de trabajos investigativos realizados y publicados, de manera que se puedan establecer los procedimientos de dise�o aplicados. En mayor medida se puedo observar que los pasos empleados son los siguientes:

1. Identificaci�n del sistema donde el controlador estar� instalado.

2. Descripci�n de las variables a controlar.

3. Caracterizaci�n del controlador mediante modelaci�n matem�tica, elecci�n de sensores, funciones de transferencia y establecimiento de la interfaz gr�fica.

4. Simulaci�n del controlador empleando los recursos tecnol�gicos, como LabView y Matlab.

5. Ajustes e implementaci�n.

A continuaci�n se muestra en la Tabla 1, las referencias consultadas

 

Tabla 1. Referencias consultadas

TITULO	AUTOR �A�O-UNIV
Dise�o e implementaci�n de un prototipo� controlador de temperatura, salinidad y ox�geno disuelto para la supervivencia del camar�n usando controladores P, PI, PID y l�gica difusa.	Vera y Cadena� (2019) Universidad Polit�cnica Salesiana sede Guayaquil
An�lisis, dise�o e implementaci�n� de un prototipo para un dispositivo de monitoreo ambiental� de centros de c�mputo de bajo costo� basado en tecnolog�a ARM y software de c�digo abierto aplicable a una peque�a y mediana empresa	Sanchez & Tintinago (2015) Universidad Polit�cnica Salesiana sede Guayaquil
Dise�o y elaboraci�n de un prototipo para un sistema inteligente de prevenci�n de accidentes de tr�nsito por exceso de velocidad� aplicado al transporte interprovincial	Paredes y� Bermeo (2018) Universidad Polit�cnica Salesiana sede Cuenca
Dise�o e implementaci�n del� control de temperatura y velocidad para el reactor qu�mico de un sistema experimental� usado en la elaboraci�n del 5 hidroximetilfurfural a partir de la melaza de ca�a para la obtenci�n de biocombustible	Cajamarca y Valverde� (2012) Universidad Polit�cnica Salesiana sede Cuenca
Dise�o de Controladores PID para Plantas Inciertas	Gomez (2017) Universidad de Murcia
Dise�o y construcci�n de una m�quina hot-plate para el procesamiento de sustancias qu�micas, utilizando l�gica difusa para el control de velocidad y temperatura, destinada a biotecnolog�a	Loacham�n y �au�ay (2015) Universidad de las Fuerzas Amadas ESPE
Dise�o e implementaci�n de controladores cl�sicos y en el espacio de estados para el sistema servomotor del laboratorio de servomecanismos	Chacon, (2010) Escuela Polit�cnica del Ej�rcito
Desarrollo de un sistema de control de temperatura y monitoreo de PH y humedad� del proceso de spin coating	Becerro y Espinoza (2018) Universidad Aut�noma de Occidente -Cali
Dise�o e Implementaci�n de un sistema de control cascada en la planta de intercambio t�rmico - PIT000	Alvarez, Moreno, y� Ramirez (2017) Informador T�cnico (Colombia) 81(1) Enero - Junio 2017: 32-43 ISSN 0122-056X
Dise�o del control de temperatura para un horno industrial, mediante la modulaci�n de ancho de pulso usando un PLC de gama alta	Condori Y Serpa (2017) Universidad Nacional del Altiplano - Puno
Dise�o e implementaci�n de un controlador de temperatura y monitoreo de se�ales para la automatizaci�n de equipos de refrigeraci�n	Garcia, Kanayet, y� Ruiz, (2006) Universidad de Buenaventura-Bogot�
Dise�o de controladores PID	Zayas, Quintian, Jove, Casteleiro, y Calvo, (2020) Universidad de la Coru�a
Metodolog�a para el dise�o del sistema de control en aplicaciones de correcci�n de posicionamiento de productos en procesos de manufactura: aplicaci�n de orientaci�n de botellas	Zanja & Chavero,( 2018). Academia Journals
Dise�o e implementaci�n de un controlador proporcional integral en un controlador industrial de procesos	Vargas (2010) UNMSM
Dise�o e Implementaci�n del control electr�nico de velocidad con freno regenerativo para una plataforma aut�noma m�vil terrestre con tracci�n diferencial	Avila , Cuasquer, Ortega, y� Pozo,( 2016) Escuela Polit�cnica Nacional
Identificaci�n y sintonizaci�n de controladores PID para procesos de integraci�n.	Henriquez & Martinez, (2019) Universidad de la Costa - CUC

 

Fuente: Elaboracion Propia 2021

 

Seguidamente se aplic� el cuestionario a 20 Docentes de 5 Universidades del Ecuador que imparten unidades curriculares relacionados al area de� controles automaticos en las especialidades de ingenieria electrica y electronica, obteniendose� los siguientes resultados:

1.�Considera Ud, que la metodologia que se imparte en su Institucion Universitaria para el dise�o de controladores de temperatura y velocidad en equipos manuales, esta acorde con los recursos tecnologicos disponibles en los laboratorios de formacion?

El 90 % considera que siempre y casi siempre la metodologia que se imparte esta acorde con los recursos tecnologicos, sobre todo porque se disponen de herramientas como sistema arduino, labview, matlab, que sirve de soporte para la parte academica.

2.�Cree Ud, que la metodologia que se imparte en su Institucion Universitaria para el dise�o de controladores de temperatura y velocidad en equipos manuales, se adecuan a los ultimos avances logrados en la industria a nivel mundial?

El 65% cree que casi nunca y nunca, la metodologia que se imparte se adecua a los ultimos avances� logrados a nivel mundial, esto debido los costos que representan estos prototipos y tambien por la naturaleza de los procesos que en la actualidad se aplican en las industrias Ecuatorianas. Este tipo de desarrollo se enfocan a sistemas robotizados, que hoy dia esta poco extendido en el Pais, por lo que se ve mas la pertinencia de adecuar los contenidos a esa realidad imperante.�

3.�Piensa Ud, que la metodologia para el dise�o de controladores de temperatura y velocidad en equipos manuales, sigue una secuencia estandarizada en las investigaciones desarrolladas en su Institucion ?

Un 95% de los encuestados considera que siempre y casi siempre la metodologia de dise�o sigue una secuencia estandarazida en las investigaciones realizadas, basicamente porque las literaturas vinculadas a las unidades curriculares, establecen procedimientos an�logos, formando parte del conocimiento adquirido por futuros egresados.

4.� Los procedimientos metodol�gicos en el dise�o de prototipos� de controladores de temperatura y velocidad en dispositivos manuales, llevados a cabo por los dise�adores, a nivel industrial , son considerados al momento de impartir conocimientos cuando se tratan en los programas academicos aplicados por usted ?

El 80% de los docentes consultados manifiestan que casi nunca y nunca consideran los procedimientos metodologicos aplicados por los dise�adores a nivel industrial, debido a que los recursos que se se tienen a nivel academico comparado con los que se tiene a nivel industrial no estan a la par, por lo que deben ajustarse a la realidad presente en el entorno educativo de formacion.�

5.�� Los procedimientos metodologicos en el dise�o de prototipos� de controladores de temperatura y velocidad en dispositivos manuales, deben ser estandarizados mediante su establecimiento� seg�n una normativa que las riga a nivel gubernamental?

Un 85% de los docentes consultados establece que siempre y casi siempre los procedimientos metodoogicos� deben ser estandarizados mediante una norma, esto para poder sincerar lo que se ense�a en las academias con respecto a lo que se aplica en la industria

A continuaci�n se establece de un procedimiento general de dise�o, a partir de los procesos llevados a cabo en las referencias consultadas y contrastadas con los aplicados por los docentes, con la finalidad de poder establecer una metodolog�a m�s acorde con la realidad estudiada y manifestada en las entrevistas efectuadas en esta investigaci�n.

El resultado fue el establecimiento de la siguiente metodolog�a:

1. Las espececificaciones de partida� para el dise�o de un controlador autom�tico se basan fundamentalmente en los rangos operativos de las variables de entrada y de sus derivadas, el valor maximo aceptable del error en el estado del regimen , asi como el tiempo maximo� de estabilizacion y pico de sobretiro.

2. Con la experiencia preliminar del tipo y origen de la variable de entrada, el dise�ador integra las componentes del sistema automatizado basico de control, estableciendo seguidamente la funcion de transferencia de lazo abierto, para luego examinar el lugar geometrico de G(S).

3. Seguidamente se hace un ajuste de la ganancia K del sistema, para dar satisfaccion� de los requerimeitos del error en estado de regimen y para la estabilidad, se examina de nuevo el lugar geometrico resultante KG(S).

4. Al existir inestabilidad para la ganancia requerida, habr� que reformular ese lugar geometrico resultante KG(S), empleando la compensaci�n derivativa o integral, mediante una componente que atrase o adelante la fase hasta que no se alcance a obtener un margen de fase y de ganancia aceptables.

Estas consideraciones son intr�nsecas al proceso de dise�o de controladores y es meramente disciplinar dados los contenidos impartidos desde las unidades curriculares. Estos pasos son de naturaleza gen�rica, porque se pueden ampliar y adaptar� de acuerdo a los criterios y herramientas que posea el dise�ador, as� como de condiciones externas al sistema donde se pretende instalar el controlador.�

A continuaci�n se hizo una propuesta de sistematizaci�n metodol�gica desde el punto de vista acad�mico, para el complemento de la acci�n de dise�o de controladores de temperaturas y velocidad. Esto se sustent� con el desarrollo de un diagrama de procesos que se muestra en la figura 5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 5. Diagrama de procesos

Fuente: Elaboraci�n propia 2021

 

Con la adopci�n de las fases mostradas en el diagrama de procesos, se deben considerar una serie de aspectos que son propios al momento de dise�ar controladores de temperatura y velocidad; estas consideraciones se muestran a continuaci�n:

�       Al no haber� incertidumbre no se tiene necesidad de considerar lazo cerrado.

�       Las incertidumbres quedan representadas por: inexactitudes en el modelado de la planta y perturbaciones no medibles que act�an sobre ella.

�       Aunque se d� el caso de� que el efecto de la incertidumbre sea permisible� en funci�n� de las especificaciones de control, la retroalimentaci�n tampoco ser�a estrictamente necesaria.

�       La retroalimentaci�n puede representar riesgos,� por la generaci�n de las inestabilidades y su empleo� queda justificado por la necesidad de reducir las consecuencias� de la incertidumbre por debajo de unos l�mites marcados por las especificaciones de control

�       El dise�o debe mostrar alg�n tipo de modelado de la incertidumbre, as� como unas especificaciones de dise�o, para que tenga utilidad en la practica

�       Se desea que el comportamiento del controlador dise�ado mantenga un buen nivel de caracterizaci�n, a pesar de potenciales cambios en el equipo.

�       En la mayor�a de casos pr�cticos los controladores son� capaces de ofertar una soluci�n pr�ctica, cuando las especificaciones no son demasiado exigentes.

 

Consideraciones finales

Para llevar a cabo un proceso de dise�o de controladores de temperatura y velocidad, no solamente se necesita poseer un buen criterio t�cnico basado en la experiencia, sino tambi�n el manejo de herramientas tecnol�gicas para simular y someter a pruebas los dispositivos; esta afirmaci�n resulta de la evaluaci�n llevada a cabo en una serie de investigaciones relacionadas al proceso de dise�o, donde los procedimientos aplicados fueron consistentes� y adaptados al tipo de controlador seleccionado para el proceso o dispositivo de intervenci�n.

Se evidencia seg�n los sujetos consultados, que las metodolog�as que se imparten en la academia sobre los m�todos de dise�os de controladores, esta acorde con los recursos tecnologicos que se empelean en la academia, sobre todo los que tienen que ver con la simulacion de procesos, pero no se adecuan a los �ltimos avances tecnol�gicos, debido a que son procesos que no estan soportados en el pais por sus altos altos opeativos.Tambien quedo evidenciado que los metodos de dise�os aplicados en las investigaciones consultadas, son consistentes con las literaturas que tratan estos topicos de estudio, pero distan de ser aplicados a nivel industrial, debiendo existir una normativa que regule este tipo de actuacion y aplicaci�n.

Luego se desarroll�� una� propuesta de sistematizaci�n metodol�gica desde el punto de vista acad�mico, para el complemento de la acci�n de dise�o de controladores de temperaturas y velocidad, mediante un diagrama de procesos� que correlaciona los pasos generales que deben seguirse para un dise�o m�s integral y diversificado

Se recomienda una mayor vinculaci�n y relaci�n entre los actores de los �mbitos acad�micos e industrial a los fines de poder integrar e intercambiar experiencias sobre el dise�o de controladores de temperatura y velocidad, para que se alcance un buen nivel formativo y los futuros profesionales tengan un mejor desempe�o y manejo de las t�cnicas empleadas.

 

Referencias

1.     Alvarez, J., Moreno, J., & Ramirez, E. (2017). Dise�o e Implementaci�n de un sistema de control cascada en la planta de intercambio t�rmico - PIT000. Informador Tecnico, 32-43.

2.     Avila , E., Cuasquer, V., Ortega, L., & Pozo, M. (2016). Dise�o e Implementaci�n del control electr�nico de velocidad con freno regenerativo para una plataforma aut�noma m�vil terrestre con tracci�n diferencial. Quito: Escuela Politecnica Nacional.

3.     Becerro, J., & Espinoza, S. (2018). Desarrollo de un sistema de control de temperatura y monitoreo de PH y humedad del proceso de spin coating. Cali: Universidad Autonoma de Occidente.

4.     Bolton, W. (2011). Mecatronica. Sistemas de control electrico en la ingenieria mecanica y electronica. Mexico: Alfa Omega.

5.     Cajamarca, J., & Valverde , J. (2012). Dise�o e implementaci�n del control de temperatura y velocidad para el reactor qu�mico de un sistema experimental usado en la elaboraci�n del 5 hidroximetilfurfural a partir de la melaza de ca�a para la obtenci�n de biocombustible. Cuenca: Universidad Politecnica Salesisana sede Cuenca.

6.     Chacon, E. (2010). Dise�o e implementaci�n de controladores cl�sicos y en el espacio de estados para el sistema servomotor del laboratorio de servomecanismos. Quito: Escuela Politecnica del Ejercito.

7.     Condori, S., & Serpa, J. (2017). dise�o del control de temperatura para un horno industrial, mediante la modulaci�n de ancho de pulso usando un PLC de gama alta. Puno-Peru: Universidad Nacional del Altiplano-Puno.

8.     Garcia, J., Kanayet, J., & Ruiz, G. (2006). Dise�o e implementaci�n de un controlador de temperatura y monitoreo de se�ales para la automatizaci�n de equipos de refrigeraci�n. Bogota: Universidad de Buenaventura.

9.     Gomez, P. (2017). Dise�o de Controladores PID para Plantas Inciertas. Murcia: Universidad de Murcia.

10.  Henriquez, J., & Martinez, W. (2019). Identificaci�n y sintonizaci�n de controladores para procesos de integracion. Barraquilla: Universidad de la Costa CUC.

11.  Hernandez, R. (2017). Metodologia de Investigacion: Ruta cuantitativa, cualitativa y Mixta. Mexico: McGrawHil.

12.  Hernandez, R., Fernandez, C., & Baptista, P. (2014). Metodologia de la Investigacion. Mexico: McGawHill.

13.  Loacham�n , H., & �au�ay, D. (2015). Dise�o y construcci�n de una m�quina hot-plate para el procesamiento de sustancias qu�micas, utilizando l�gica difusa para el control de velocidad y temperatura, destinada a biotecnolog�a. Sangolqui Ecuador: Universidad de las Fuerzas Amadas ESPE.

14.  Medina, A., & Arias, O. (2020). Dise�o e implementacion de un sistema de control de temperatura y velocidad de un tambor mezclador de una tostadora de cafe para el beneficiadero "La esperanza"En el municipio La plata-Huilia. Neiva Colombia: Universidad Antonio Nari�o.

15.  Paredes, R., & Bermeo, A. (2018). Dise�o y elaboraci�n de un prototipo para un sistema inteligente de prevenci�n de accidentes de tr�nsito por exceso de velocidad aplicado al transporte interprovincial. Cuenca: Universidad Politecnica Salesiana sede Cuenca.

16.  Sanchez, G., & Tintinago, D. (2015). An�lisis, dise�o e implementaci�n de un prototipo para un dispositivo de monitoreo ambiental de centros de c�mputo de bajo costo basado en tecnolog�a ARM y software de c�digo abierto aplicable a una peque�a y mediana empresa. Guayaquil: Universidad Politecnica Salesiana Sede Guayaquil.

17.  Vargas, B. (2010). Dise�o e implementaci�n de un controlador proporcional integral en un controlador industrial de procesos. Lima: Universidad Nacional Mayor de San Marcos.

18.  Vera, B., & Cadena , E. (2019). Dise�o e implementaci�n de un prototipo controlador de temperatura, salinidad y ox�geno disuelto para la supervivencia del camar�n usando controladores P, PI, PID y l�gica difusa. Guayaquil: Universidad Politecnica Salesiana Guayaquil.

19.  Zanja, E., & Chavero, E. (2018). Metodolog�a para el dise�o del sistema de control en aplicaciones de correcci�n de posicionamiento de productos en procesos de manufactura: aplicaci�n de orientaci�n de botellas. Academia Journals , 6101-6106.

20.  Zayas, F., Quintian, H., Jove, E., Casteleiro, J., & Calvo, J. (2020). Dise�o de controladores PID. Barcelona: Universidad de la Coru�a.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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