Automatización y Control de un invernadero experimental para mejorar su eficiencia energética.

In this thesis project several techniques studied throughout the student life are applied; which are innovative and of great help for people who are dedicated to agriculture. With the application of the necessary techniques and equipment, it is desired to implement an automated greenhouse irrigation system. Which was carried out with the aim of avoiding a waste of the water resource such as water, and with it, expand the production area under irrigation, and with it generate new production options, to contribute to the sovereignty of the population located in the central area of the country through the use of technology. Agriculture currently has market demands in terms of the quality of its products, so it must comply with the market demands in search of economic and environmental sustainability of agricultural production. The focus of the study will be of great help for the care of plants, preventing crops from contracting different pests, diseases, insects, weeds, etc. Automation techniques were used to correctly monitor and control variables such as: Temperature, internal and external humidity respectively.En este proyecto de investigación se aplican varias técnicas estudiadas a lo largo de la vida estudiantil; las cuales son innovadoras y de gran ayuda para las personas que se dedican a la agricultura. Con la a aplicación de las técnicas y equipos necesarios se desea implementar un sistema automatizado de riego bajo invernadero. La cual se realizó con el objetivo de evitar un desperdicio del recurso hídrico como es el agua, y con ello ampliar la superficie de producción bajo riego, y con ello generar nuevas opciones de producción, para contribuir a la soberanía de la población ubicada en la zona centro del País a través del uso de la tecnología. El enfoque del estudio será de gran ayuda para el cuidado de las plantas, evitando que los cultivos contraigan las diferentes plagas, enfermedades, insectos, maleza etc. Se utilizó técnicas de automatización para realizar un correcto monitoreo y control de las variables como: Temperatura, humedad tanto interna como externa respectivamente. Para el control de la planta se utilizó lógica difusa, con entrada de funciones de temperatura entre 0 0 C a 30 0 C donde se especifica tres niveles: baja, estable y alta, la humedad considerada en el estudio esta desde el 0 % al 100 % precisando de igual manera tres niveles: seco, estable, excesivo. En el proceso se utilizó la lógica difusa para la optimización de la planta donde se encuentra las sentencias lógicas generadas por el bloque lógico, se obtiene una confiabilidad del 88,41 % de confiabilidad determinando un sistema estable con la interacción de las variables antes mencionadas

Semaforización inteligente adquisición de datos e implementación de control difuso en tiempo real para la optimización del flujo en la ciudad.

The project ¨ Intelligent Traffic Lights ¨ is the design and implementation of an automatic traffic control for two of Quito’s most critical intersections, currently Av. NNUU y 10 de Agosto and Av. NNUU y Amazonas. The project starts with the design of an adaptive fuzzy controller in Matlab, which trains itself based on the traffic flow at each intersection, thus controlling the green light time in each avenue of both intersections in order to avoid traffic congestion and try to optimize the flow at peak hours. This whole system is reflected in a scale model, which thanks to the use of a real time data acquisition, supervisory and controlling system, illustrates the physical functioning of the previously designed fuzzy controller. Finally, the project includes a feasibility analysis of the project, where electronic devices for the real street implementation are suggested and all the costs these would represent for the city are shown. It concludes that the implementation of the suggested project is economically and physically feasible, taking into account all the benefits this would bring for the city’s traffic flow.El proyecto “Semaforización Inteligente” consiste del diseño e implementación de un sistema automático de control vehicular en dos de las intersecciones más afluidas y críticas de la ciudad de Quito en la actualidad: Av. NNUU y 10 de Agosto y Av. NNUU y Amazonas, le cual puede ser aplicado a otros sectores de acuerdo a la necesidad del mismo. El proyecto inicia con el diseño de un controlador difuso adaptivo en Matlab, el cual se entrena en base al movimiento vehicular de cada intersección y de acuerdo a eso, determina y controla los tiempos de encendido en los semáforos para así evitar estancamientos y lograr optimizar el flujo en cada intersección. Todo este sistema se ve reflejado en la construcción de una maqueta a escala, la cual gracias a un sistema adquisición de datos, control y monitoreo en tiempo real, permiten ilustrar físicamente el funcionamiento del controlador difuso previamente diseñado. Finalmente, se incluye un análisis de factibilidad del proyecto, en donde se presentan los dispositivos electrónicos sugeridos para la implementación y todos los costos que esta representaría para el municipio de la ciudad. Se concluye finalmente que la implementación del proyecto sugerido es económica y físicamente viable, tomando en cuenta todos los beneficios que esta traería al flujo vehicular de la ciudad

Implementación de un robot seguidor de línea para la comparación de un controlador de lógica difusa y un controlador pid

El objetivo de este trabajo fue implementar un robot seguidor de línea para la comparación de un controlador PID y un controlador de lógica difusa, en su ensamblaje se utilizó elementos mecánicos y electrónicos. Su funcionamiento consiste en la programación y sintonización en el editor de código Arduino IDE, la sintonización se realizó con el método de prueba y error para un desplazamiento preciso en la pista y se obtiene valores de los parámetros: error, posición, y velocidad de control. Para el controlador PID el método de prueba y error consiste en dar valores aleatorios a las constantes proporcional y derivada, en cambio el controlador Fuzzy utiliza este método con etiquetas lingüísticas para establecer intervalos a los conjuntos difusos pertenecientes a las variables de entrada y salida, funciones de membresía y reglas de inferencia para su funcionamiento. Para la comparación se realizó pruebas de tiempo de recorrido y gráficas lineales para los parámetros, teniendo mejor resultado en tiempo, posición y error en el controlador PID y la velocidad de control en el controlador Fuzzy. De acuerdo a los resultados se identifica que el controlador PID tiene mayor estabilidad de error en el recorrido y el controlador Fuzzy envía señales de control menos bruscas a los motores deteriora y desgasta las baterías y escobillas de los motores en menor proporción al producir cambios de voltaje menos bruscos. Al realizar cada prueba de funcionamiento se debe limpiar la pista, las ruedas y poseer un ambiente adecuado de temperatura e iluminación.The objective established for this work was to implement a line follower robot for the comparison between a PID controller and a fuzzy logic controller, using mechanical and electronic elements for its assembly. Its operation involves programming and tuning in the Arduino IDE code editor. The second one was completed with the trial and error method for having a precise displacement in the track and getting the parameters values: error, position, and speed of the control, while for PID controller, this method gives random values for the proportional and derivative constants. On the other hand, the Fuzzy controller uses this method with linguistic labels in order to establish intervals to the input and output variables, membership functions, and inference rules that conforms the fuzzy sets, so this work correctly. For comparison, journey time and linear graphs tests were carried out for the parameters, obtaining better results in terms of time, position and error of the PID controller and control speed on the fuzzy controller. According to the results, it is identified that the PID controller has higher error stability in its journey and Fuzzy controller sends less abrupt control signals to the motors, also deteriorates and wears down in minor proportion the batteries and brushes when the voltage changes are less abrupt. When performing each test run, the track and the wheels must be cleaned, also is necessary having a suitable environment for temperature and lighting

Evaluación de la eficiencia energética de un sistema de entrenamiento de temperatura para disminuir su consumo eléctrico en el laboratorio de instrumentación virtual del ITSA. Propuesta de un sistema de control

In this job, the energetic evaluation of the components of the temperature training isrealized as well as the research of the alternative devices characteristics to beimplemented in order to decrease the electricity consumption. The functionality testand measurement of the electricity consume were developed for the devices that wereimplemented in the system. The mathematical model of the training system was foundto evaluate in real and simulated time and obtain a relation with regard to thefunctioning and the constant values used to tuning of the different controllers. In thetraining system the automatic process control was done using the On/Off controllers,proportional, integral proportional and derivate integral proportional analyzing theresponse of each of them. The replace of the devices in the part of the control of theniquelina by an electronic dimmer, the elimination of the electro valve and the fan, as well as PID control generates an electricity energy saving, 595,2 kW∙h per yearcomparing with the original system.Finally, a PID control implementation analysis was made in a chocolate smelter manufacturing machine where the result was 5676 kW∙h per year of electricity energy saving.En este trabajo, se realiza la evaluación energética de los componentes del Sistema de Entrenamiento de Temperatura, así como la investigación de las características de los dispositivos alternativos a ser implementados en miras de disminuir el consumo eléctrico, se desarrollaron las pruebas de funcionamiento y mediciones de los consumos eléctricos para los dispositivos que fueron implementados en el sistema. Se encontró el modelo matemático del sistema de entrenamiento para evaluarlo en tiempo real y simulado y obtener una relación en cuanto al funcionamiento y a los valores delas constantes utilizadas para la sintonía de los diferentes controladores. En el sistema de entrenamiento se realizó el control automático del proceso utilizando los controladores On/Off, proporcional, proporcional integral y proporcional integral derivativo, analizando la respuesta de cada uno de ellos. El reemplazo de los dispositivos en la parte de control de la niquelina por un dimmer electrónico, la eliminación de la electroválvula y el ventilador, así como la aplicación de un control PID genera un ahorro de energía eléctrica al año de 595,2 kW∙h comparado con el sistema original. Finalmente se realizó un análisis de la implementación del control PID en una máquina fundidora industrial de chocolate donde se obtuvo como resultado calculado la reducción del consumo de energía eléctrica en 5676 kW∙h al año

Control jerárquico en micro-redes AC

Los sistemas eléctricos experimentan cambios importantes relacionados con su composición y la estructura, así como en las estrategias de control, protección y operación. Las micro-redes están encargadas de suministrar la energía al usuario final, y son objeto de valiosos estudios y publicaciones actuales, debido principalmente a que contribuyen con la integración de sistemas de generación distribuida y de unidades almacenamiento de energía a pequeña escala. Las micro-redes son sistemas de energía que funcionan de manera controlada, ya que en la mayoría de los casos hay disponibilidad de mediciones, algoritmos de control y actuadores. Las mediciones de voltaje y corriente se utilizan para analizar el comportamiento local en varios lugares de la micro-red. Los algoritmos de control se aplican para tomar decisiones que permitan alcanzar los objetivos de control, como la regulación de la tensión y la frecuencia, y el seguimiento de potencia, entre otros. Los actuadores más importantes en las micro-redes son los convertidores de potencia, que interconectan tanto las fuentes primarias como los dispositivos de almacenamiento de energía con las otras partes de la micro-red. Estos actuadores son responsables de entregar la energía producida por las fuentes primarias a la micro-red, y también de administrar el estado de carga de los dispositivos de almacenamiento de energía. Este libro contiene los aspectos fundamentales del desarrollo de esquemas de control de convertidores del tipo fuente de tensión (voltage source converter - VSC), aplicados a las micro-redes, bajo el enfoque de optimización unificado. Las estrategias de control desarrolladas consideran los diferentes niveles de control jerárquico que incluye: el control de nivel cero en sus lazos interno y externo; el control primario orientado a mantener la estabilidad del sistema luego de una perturbación; el control secundario orientado a mejorar la calidad de la tensión y la frecuencia luego de la acción del control primario; y finalmente, el control terciario, asociado a la operación de la micro-red, considerando la disponibilidad del recurso energético primario, los requerimientos de los clientes y los aspectos económicos de la operación

Diseño y simulación de un Sistema de Tracking basado en redes neuronales para mantener la máxima eficiencia de paneles solares

This research work focuses on the use of artificial neural networks (ANN) as a promising tool to improve the efficiency and stability of solar photovoltaic systems. Although photovoltaic systems harness a clean and renewable energy source, they face challenges due to variations in solar radiation, temperature and environmental conditions. These factors cause fluctuations in the output current and voltage of the solar panels, affecting the power generated. To address this problem, it is necessary to implement control strategies that maximize power extraction from the photovoltaic field. The main focus of this work is the maximum power point (MPP), which represents the optimal power transfer point on the current-voltage (I-V) characteristic curve of a solar panel. The challenge lies in adapting to changing conditions and achieving accurate monitoring of the MPP to improve system efficiency. Although there are different proposed tracking algorithms, they have shown limitations in terms of tracking rates and steady-state oscillations. To overcome these deficiencies, the applications of ANNs in the design of control algorithms are explored. ANNs stand out for their high dynamic response and ability to adapt to non-linear conditions. However, obtaining accurate training data for the controller is one of the main challenges. In this study, important variables such as solar radiation, temperature and optimal voltage are considered as inputs to the controller.Este trabajo de investigación se centra en el uso de redes neuronales artificiales (RNA) como una herramienta prometedora para mejorar la eficiencia y estabilidad de los sistemas solares fotovoltaicos. Aunque los sistemas fotovoltaicos aprovechan una fuente de energía limpia y renovable, enfrentan desafíos debido a las variaciones en la radiación solar, temperatura y condiciones ambientales. Estos factores ocasionan fluctuaciones en la corriente y tensión de salida de los paneles solares, afectando la potencia generada. Para abordar este problema, se requiere implementar estrategias de control que maximicen la extracción de potencia del campo fotovoltaico. El enfoque principal de este trabajo es el punto de máxima potencia (MPP), que representa el punto óptimo de transferencia de potencia en la curva de características corriente-voltaje (I-V) de un panel solar. El desafío radica en adaptarse a las condiciones cambiantes y lograr un seguimiento preciso del MPP para mejorar la eficiencia del sistema. Aunque existen diferentes algoritmos de seguimiento propuestos, han mostrado limitaciones en términos de tasas de seguimiento y oscilaciones en estado estacionario. Para superar estas deficiencias, se exploran las aplicaciones de las RNA en el diseño de algoritmos de control. Las RNA se destacan por su alta respuesta dinámica y capacidad para adaptarse a condiciones no lineales. Sin embargo, obtener datos precisos de entrenamiento para el controlador es uno de los principales desafíos. En este estudio, se consideran variables importantes como radiación solar, temperatura y voltaje óptimo como entradas para el controlador

Un sistema experto de lógica difusa para evaluar la sustentabilidad de edificaciones

Se trata de una tesis en la que se presenta un sistema experto para evaluar cuantitativamente el manejo del agua, la energía y el confort de las edificaciones civiles.La presente tesis muestra como resultado final la elaboración de un sistema basado en Lógica Difusa (software) para evaluar la sustentabilidad en una edificación. Para la elaboración del mismo, en primera instancia se llevó a cabo un proceso de elección con algunas normas internacionales de certificación sustentable en edificaciones para determinar en cuál de ellas estaría basado el sistema programado. Una vez estudiadas las normas, se llega a la determinación de que la más apropiada es la norma LEED (Leadership In Energy and Enviromental Design) debido a su influencia a nivel mundial y no solo en cierta zona geográfica. Posteriormente a la elección, se toman tres de sus siete parámetros a evaluar debido a que son los de mayor peso y para efectos de la presente investigación, dichos parámetros a evaluar son: Manejo del Agua en Edificaciones, Manejo de la Energía en Edificaciones y Manejo del Confort dentro de las Edificaciones. Para cada una de ellas, en la investigación se presenta qué aspectos se evalúan, realizando una descripción acerca de lo que trata cada uno para un mayor entendimiento de los mismos y finalmente se muestra el desarrollo del software por medio del cual se obtiene un índice de sustentabilidad basado en Lógica Difusa. En capítulos finales se explica el proceso de toma de decisiones del sistema para que éste finalmente arroje un índice de sustentabilidad

Diseño de una estrategia de reducción de variabilidad en procesos con controladores tipo PID frente a perturbaciones oscilatorias

La calidad y el costo de los productos de las plantas industriales se ven afectados por la variabilidad inevitable en los procesos, sumado a las distintas perturbaciones que se presenten en el proceso. Desde la perspectiva del control automático de procesos, las perturbaciones oscilatorias son perjudiciales tanto porque afecta componentes mecánicos del proceso como porque su propagación conlleva a un aumento en la varianza del proceso. De igual forma, el rendimiento financiero de un proceso industrial se ve influenciado de manera negativa por lazos de control con controladores pobremente sintonizados, y que no fueron concebidos para actuar de manera óptima ante las perturbaciones mencionadas. Usualmente los controladores se han sintonizado para que la variable controlada alcance un valor fijo deseado ante un cambio abrupto en el sistema. Por todo lo anterior, en el marco de esta investigación se desarrolló una técnica de reducción de variabilidad en lazos de control en procesos con controladores tipo PID frente a perturbaciones oscilatorias mediante la re-sintonización del controlador. La metodología contemplada abarcó dos rutas, primero se realizó un desarrollo analítico y posteriormente uno experimental desde un punto de vista computacional, en donde se utilizó la función de transferencia del controlador como mecanismo para predefinir el comportamiento de la función de transferencia en lazo cerrado. A partir de estos desarrollos se obtuvo mejores resultados que al utilizar sintonías tradicionalmente implementadas

Control de potencia activa de un sistema de almacenamiento de energía “Flywheel” aplicado a generación no convencional

El almacenamiento de energía eléctrica en grandes cantidades a través de los tiempos ha sido un campo de interés e investigación, ya que este puede utilizarse para acumular el exceso de electricidad generado en las horas de menor actividad y descargarla en las horas de máximo consumo, permitiendo crear una infraestructura más resistente y así permitir que un sistema eléctrico sea más eficiente, lo que se traduce en la disminución de costos, reducción de emisiones y una potencia más confiable. El trabajo presentado en este artículo tiene como objetivo modelar y simular diferentes tipos de controladores para un sistema de almacenamiento de energía mediante volantes de inercia “Flywheel” aplicado a generación no convencional. Los esquemas de control gestionan las corrientes eléctricas instantáneas a través del volante de inercia “flywheel”, para que pueda consumir o inyectar la energía eléctrica necesaria, funcionando así, como un amortiguador y soporte de energía dinámica que permiten satisfacer los requisitos de la red. Para este sistema de almacenamiento resulta conveniente un controlador tipo PD, ya que garantiza el menor tiempo de estabilización y la mayor cantidad de energía almacenad

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE FRECUENCIA DEL SISTEMA ELÉCTRICO ECUATORIANO INCORPORANDO GENERACIÓN EÓLICA CON ESCENARIOS DE DEMANDA, GENERACIÓN Y CONTINGENCIAS

Los sistemas eléctricos de potencia a nivel mundial, tienden a tener responsabilidad ambiental y soberanía energética, con la incorporación de energía renovables no convencionales e ingresando problemáticas de índole técnico - operativo. Al Sistema Nacional Interconectado Ecuatoriano (SNI) se analizó considerando el caso base y 4 escenarios; el caso base establece el sistema actual con generación térmica, hidráulica y eólica con 66.6MW y una demanda del sistema de 4261.20MW, se cubrió la demanda con una aportación de 91% de generación hidráulica, 8% de térmica y 1% de eólica; en el escenario 3 con una penetración de generación eólica de 647.19MW, la salida de la unidad U6 de la central Paute Molino y una demanda de 4261.20MW, se cubrió la demanda con 79% hidráulica, 7% térmica y 13% eólica, incumpliendo los límites de frecuencia permitidos por los entes de regulación en un 0.25%; para el escenario 4 considera una penetración de generación eólica de 885.10MW, salida de la unidad U6 de la central Paute Molino y una demanda de 4261.20MW cubierta con 71% hidráulica, 8% térmica y 20% eólica incumpliendo los límites de frecuencia permitidos por los entes de regulación en un 3.5%. Se realiza simulaciones en Simulink Matlab con: Criterios del caso base y los 4 escenarios considerados, agentes de generación más representativos del SNI ecuatoriano y un sistema de contribución al Control Primario de Frecuencia (CPF) para la generación eólica con inercial virtual; se obtiene mejoras importantes en el aporte a la CPF por el agente de generación eólica.Electrical power systems worldwide tend to have environmental responsibility and energy sovereignty, with the incorporation of non-conventional renewable energy and introducing technical-operational problems. The Ecuadorian National Interconnected System (SNI) was analyzed considering the base case and 4 scenarios; The base case establishes the current system with thermal, hydraulic and wind generation with 66.6MW and a system demand of 4261.20MW, the demand was covered with a contribution of 91% hydraulic generation, 8% thermal and 1% wind; In scenario 3 with a wind generation penetration of 647.19MW, the output of unit U6 of the Paute Molino plant and a demand of 4261.20MW, the demand was covered with 79% hydraulic, 7% thermal and 13% wind, failing to comply the frequency limits allowed by regulatory entities at 0.25%; For scenario 4, it considers a wind generation penetration of 885.10MW, output from unit U6 of the Paute Molino plant and a demand of 4261.20MW covered with 71% hydraulic, 8% thermal and 20% wind, failing to comply with the frequency limits allowed by regulatory entities by 3.5%. Simulations are carried out in Simulink Matlab with: Base case criteria and the 4 scenarios considered, generation agents most representative of the Ecuadorian SNI and a contribution system to the Primary Frequency Control (CPF) for wind generation with virtual inertial; Important improvements are obtained in the contribution to the CPF by the wind generation agent.0000-0001-5633-148