Control de Temperatura en Invernadero

8/17/2019 Control de Temperatura en Invernadero

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CONTROL DE TEMPERATURA DE UN INVERNADERO PARA CULTIVO DEORELLANAS

John Eric Sánchez Suarez

Jorge Luis Mora Mora

Proyeco !e auo"aizaci#n en agricu$ura

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOM%IASEDE %O&OT'

%O&OTA D(C

RESUMEN

E$ o-.eo !e$ /resene ra-a.o es rea$izar e$ !ise0o1 si"u$aci#n y

e2a$uaci#n !e un conro$ !e e"/eraura /ara un in2erna!ero1 !e a$3or"a 4ue e$ !is/osii2o enga $a ca/aci!a! !e rea$izar ca"-ios en $as2aria-$es !enro !e$ a"-iene con $a "ayor e5ciencia /osi-$e /aracu"/$ir con unos re4ueri"ienos "6ni"os 4ue necesie e$ cu$i2o(

En e$ /resene in3or"e1 se e7/one e$ !esarro$$o !ea$$a!o !e$ "o!e$a!o!e $a /$ana y $os co"/onenes 4ue se ui$izar6an !enro !e$ in2erna!eroas6 co"o una aná$isis 8cnico !e $os "is"os y se conin9a con $asi"u$aci#n ano !e$ "o!e$o "ae"áico co"o !e$ conro$a!or sugeri!o/ara !icha a/$icaci#n(

INTRODUCCIÓN

La agricu$ura ha si!o uno !e $os "e!ios !e a$i"enaci#n "ás

i"/oranes !es!e ie"/os in"e"ora-$es( Di3erenes 8cnicas !e cu$i2ohan si!o /ro-a!as1 a!a/a!as o rechaza!as /or nuesra hu"ani!a!(Con e$ /aso !e$ ie"/o y e2o$uci#n1 $a /o-$aci#n hu"ana ha 2eni!ocrecien!o e7/onencia$"ene so-re o!o en $os 9$i"os a0os( A!e"ás !eeso1 $os recursos naura$es 4ue nos o3rece e$ /$anea ierra son$i"ia!os y en a$g9n "o"eno en!re"os 4ue 2i2ir una crisisa$i"enicia( Una 3or"a !e su/$ir nuesras necesi!a!es -ásicas co"o esnuesra co"i!a1 es cu$i2án!o$a(

La i!ea !e auo"aizar un in2erna!ero genera nue2as /osi-i$i!a!es yo/ciones( La 3unci#n /rinci/a$ !e un in2erna!ero es $a !e "e.orar y

o/i"izar $a /ro!ucci#n !e /ro!ucos a$i"enicios co"o 2er!uras1hora$izas1 3ruas1 enre oras( Los in2erna!eros se i"/$e"enan /ara/roeger $os cu$i2os !e con!iciones c$i"áicas naura$es a!2ersas1 !e$as cua$es no /o!e"os ener a$g9n conro$( Las /$agas !e insecos1a!e"ás !e $a 3eri$i!a! !e $a ierra1 son 3acores 4ue !is"inuyennoa-$e"ene cuan!o se usa in2erna!ero( E$ -uen uso !e$ ie"/o yes/acio en in2erna!eros son 3acores 4ue /ue!en $$egar a au"enar $acosecha !e cu$i2os enre : y ; 2eces /or a0o en co"/araci#n concu$i2os en e$ e7erior y a$ aire $i-re( A!e"ás !e su/$ir $os a$i"enosnecesarios /ara $a hu"ani!a!1 es i"/orane !esacar co"o e$creci"ieno econ#"ico !e un /a6s y e$ au"eno !e ra-a.o organiza!o

en e$ ca"/o1 ayu!ar6an a !esarro$$ar !e 3or"a /osii2a secoresagr6co$as y econ#"icos !e una socie!a!(

La .usi5caci#n !e$ /royeco se -asa en e$ conro$ !e e"/eraura !enro!e$ in2erna!ero( Los in2erna!eros1 !e-i!o a su esrucura y !ise0o1ien!en a "anener e"/erauras cá$i!as cuan!o $a e"/eraura en e$a"-iene e7erior es "uy 3r6a( Los "aeria$es usa!os nor"a$"eneco"o /roecci#n !e in2erna!eros cu"/$en esa 3unci#n1 /roegien!o $oscu$i2os !e c$i"as e7re"a!a"ene 3r6os y !e $$u2ias /ro$onga!as(

Sin e"-argo a$ no ener un conro$ auo"aiza!o y "oniorea!o !e $as

2aria-$es1 $os cu$i2os no son i!ea$es( Ca!a uno !e $os cu$i2os !e/$anas1 hora$izas1 3ruas1 ec(1 iene sus con!iciones i!ea$es /ara sucreci"ieno1 !esarro$$o y /ro!ucci#n i!ea$( Con e$ /aso !e ie"/o1agricu$ores y agr#no"os se han encarga!o !e enconrar esascon!iciones /ara ca!a una !e $as /$anas /ara as6 re/ro!ucir$as yhacer$as /osi-$es "e!iane a"-ienes ari5cia$es(

Manener $a e"/eraura consane !enro !e un in2erna!ero seránuesro /rinci/a$ o-.ei2o1 !esarro$$an!o y !e"osran!o 4ue $as /$anasnecesian un rango es/eci5co !e e"/eraura1 hu"e!a!1 $uz y ca$or/ara su correco e i!ea$ creci"ieno( A!e"ás1 e$ uso a/ro/ia!o !e$ie"/o generará cic$os !e /ro!ucci#n !urane 8/ocas !e$ a0o1 $as cua$es

en e$ /asa!o no eran usa!as !e-i!o a con!iciones c$i"áicas no!esea!as(

MODELO DINÁMICO DE LA PLANTA

Las ecuaciones /resena!as se o-ienen !e $as re$aciones !e -a$ance !e"asa y energ6a !enro !e$ in2erna!ero( En genera$ $as cuaro 2aria-$es

-ásicas a ener en cuena /ara e$ !esarro$$o !e$ "o!e$o c$i"áico !e-enser $a e"/eraura !e$ aire1 $a e"/eraura !e$ sue$o1 hu"e!a! re$ai2a1y $a concenraci#n !e CO)1 /ara ca!a una se !e-e 3or"u$ar una ecuaci#n!i3erencia$1 sin e"-argo /ara e$ correco creci"ieno !e$ cu$i2o !eOre$$anas no es !e 2ia$ i"/orancia e$ conro$ !e CO) en e$ a"-iene1 sine"-argo se "encionará e$ "o!e$o "ae"áico !e $as cuaro 2aria-$esseg9n e$ "o!e$o !e Ta/ <+= e$ cua$ se a.usa a/ro/ia!a"ene a un"o!e$o genera$iza!o !e un in2erna!ero( Va$e $a /ena "encionar $ascon!iciones c$i"áicas y !e$ susrao re4ueri!as>

?u"e!a! re$ai2a @) a @;B concenraci#n !e CO) !e$ susrao )****

//"B e"/eraura !e$ susrao )( a * CB e"/eraura inerior )+F)@C /or $o 4ue $a i!ea$ es !e ), C1 en esas con!iciones se $$e2a a ca-o $aincu-aci#n !e +*F+: !6as( Luego !urane $a 3ruci5caci#n se re4uiere unae"/eraura 3resca G++F+: CH y !e $a "is"a "anera1 "anener a$a $ahu"e!a! re$ai2a( <)=<=

Para a/ro7i"ar e$ "o!e$o se re4uieren 2a$ores rea$es !e ca!a /ará"ero4ue /ue!e inuir en e$ "o!e$o !iná"ico !e$ sise"a( Con ese 5n !e/resena un regisro agro"eereo$#gico !e %ogoá !e$ IDEAM GInsiuo!e ?i!ro$og6a1 Meeoro$og6a y Esu!ios A"-iena$es !e Co$o"-iaH en $a Ta-$a (

Te"/eraura "e!ia !e$ aire +(K C Te"/eraura "6ni"a "e!ia @(:K C Te"/eraura "á7i"a "e!ia +(,K C?u"e!a! re$ai2a !e$ aire @%ri$$o so$ar ++() horasE2a/oraci#n ;,(+ "i$6"erosVe$oci!a! !e$ 2ieno a ) "eros *( "s

Ve$oci!a! "e!ia !e$ 2ieno a +*"eros

+(+ "s

Ve$oci!a! "á7i"a a +* "eros +* "s !6a )) con !irecci#nSurese

Ve$oci!a! !e$ 2ieno "e!ia : "s

Direcci#n !o"inane !e$ 2ieno Sur

Ta-$a +( Re/ore agro"eero$#gico !e %ogoá( IDEAM

E$ "o!e$o 4ue !e-e ser re/resena!o co"o una serie !e ecuaciones!i3erencia$es !e /ri"er or!en1 re/resena $a !iná"ica !e$ in2erna!ero ye$ cu$i2o en re$aci#n con $as con!iciones c$i"áicas e7ernas1 a$ co"ose "uesra en $a igura +(

igura +( Mo!e$o !e$ sise"a !e cu$i2o en in2erna!ero( <+=

Temperatura dentro del invernadero

Para ana$izar $a e"/eraura !e$ aire es necesario consi!erar e$ e3eco !e

ca!a una !e $as siguienes inuencias> e$ inerca"-io !e ca$or enre e$e7erior y e$ inerior !e$in2erna!ero1 enre e$ sue$o y e$ aire !enro !e$ in2erna!ero1 $ainuencia !e $a ra!iaci#n so$arB $a /er!i!a !e ca$or /or rans/iraci#n !e$a /$anaB $aganancia !e$ ca$or /or $a con!ensaci#n !e$ 2a/or !e agua en e$ echo(De $o anerior se /osu$a $a siguiene ecuaci#n corres/on!iene>

C gd T g

dt = K V (T

0−T g )+α (T p−T g )+ K r (T

0−T g )+ K s (T s−T g )+ZηG− λE+

ε+1 M c G+H

Don!e K V (T 0−T g ) re/resena e$ inerca"-io !e ca$or /or 2eni$aci#n1α (T p−T g ) e$ inerca"-io !e-i!o a $as u-er6as !e$ sise"a !e

ca$e3acci#n1 K r (T 0−T g ) e$ inerca"-io a ra28s !e $a cu-iera y !e $as

/are!es1 K s (T s−T g ) e$ inerca"-io !e ca$or con e$ sue$o /ro3un!o1ηG $a enra!a !e ca$or /or ra!iaci#n1 λE $a /er!i!a !e ca$or /or

e2a/oraci#n !e-i!o a $a rans/iraci#n y λ

ε+1 M c e$ inerca"-io !e-i!o

a $a con!ensaci#n en e$ echo !e$ in2erna!ero(

De5nici#n !e $os 8r"inos>

To> Te"/eraura "á7i"a e7erior Tg> Te"/eraura "6ni"a !e$ aire re4ueri!a en e$ in2erna!ero Ts> Te"/eraura !e$ sue$o en e$ in2erna!ero Ta> Te"/eraura !e$ aire e7erior T/> Te"/eraura en u-er6a 2> Trans3erencia !e ca$or /or 2eni$aci#nα > Trans3erencia !e ca$or en u-er6a

r> Trans3erencia !e ca$or con $a cu-iera s> Trans3erencia !e ca$or con e$ sue$oε > Raz#n !e resisencia !e ca$or !e $a cu-iera enre e$ inerior y e$

e7erior

> Ra!iaci#n so$ar e3eci2a /or "a$$a so"-raη > acor !e con2ersi#n !e ra!iaci#n&> Ra!iaci#n so$ar !e on!a cora λ > Energ6a 2a/orizaci#n !e agua

E> Raz#n !e rans/iraci#n !e cu$i2oMc> $u.o !e con!ensaci#n !e agua en cu-iera !e$ in2erna!ero

Seg9n e$ "anua$ AS?RAE G+H λ es una 3unci#n $inea$ !e $ae"/eraura !a!a /or>

λ=l1−l

Don!e $+ y $) son $os coe5cienes !e energ6a !e 2a/orizaci#n>L+Q )(,*+7+*; JgL)Q )(@+7+* Jg KC

TgQ )* C1 e"/eraura "6ni"a Gincu-aci#nH ++ C G3ruci5caci#nH

Por consiguiene se o-iene>

λ=2.501 x 106 J

g−2.381 x10

gºC T g=2453380

g ( inc ) y 2474809

g( fruct )

&enera$"ene /o!er esa-$ecer o!os $os 3acores re4ueri!os en e$"o!e$o !e $a /$ana1 se !e-e hacer a"-i8n un aná$isis !e $arans/iraci#n GEH /resena!a en e$ in2erna!ero( Sin e"-argo /ara esecaso /aricu$ar !e cu$i2o !e hongos1 esa re$aci#n se hace !es/recia-$e/ueso 4ue no se /resenan /er!i!as /or e2a/orans/iraci#n(

Para /o!er enconrar e$ 2a$or !e u.o !e con!ensaci#n en $a cu-iera !e$in2erna!ero GMcH se necesia sa-er /ri"ero cua$ es $a e"/erauraconcenra!a en $a cu-iera a /arir !e $as e"/erauras e7erna einerna1 y $as caracer6sicas /ro/ias !e$ "aeria$ !e $a cu-iera( Esa

e"/eraura esa !a!a /or $a siguiene ecuaci#n G%aer1 +@H>

T c= ε

ε+1T o+

ε T g

Don!e e$ ε corres/on!iene /ara e$ /$ásico !e in2erna!ero es 1 $ae"/eraura "á7i"a !e$ aire e7erior GToH /ro"e!io en %ogoá es !e+(, C1 y co"o e"/eraura inerna !esea!a ene"os )* C en 3ase !eincu-aci#n y ++ C en 3ase !e 3ruci5caci#n( A$ susiuir en $a ecuaci#n seencuenra 4ue>

T c=21.29ºC (inc ) y 18,29ºC ( fruct )

Ahora -ien1 se ienen $as siguienes re$aciones /ara !eer"inar e$ 2a$or!e Mc G i"-a$$1 +@;B Moneih y Unsorh1 +*H>

M c={m1|T g−T c|

m2 (W g−W c ) siW g>W c

0 si W g W c

En !on!e "+ y ") son $os /ará"eros !e coe5ciene !e rans3erencia !e"asa Gi"-a$$1 +@;B Moneih y Unsorh1 +*H y $as razones !ehu"e!a! en e$ in2erna!ero y en $a cu-iera Gg y cH !e/en!en !e $are$aci#n !e hu"e!a! /resene y $as /resiones ano en e$ in2erna!ero

co"o en $a cu-iera1 y se !eer"inan "e!iane $as siguienesecuaciones>

W c= ! "c

"#tm− "c

y W g= !" g

" #tm− "g

Don!e>

#3+T c y " g= % (T g+T o ) V i

sien!o $os 2a$ores !e $as consanes $os siguienes>

! Q *(;))1 Raz#n !e hu"e!a!Pa" Q +*)@(++ hPa Q +*)(@ Pa1 Presi#n a"os38rica !e$ aire en %ogoá<:=a+ Q *(;++ Pa1 Pará"ero !e /resi#n !e 2a/or /ara sauraci#n <+=a) Q +() 1 Pará"ero !e /resi#n !e 2a/or /ara sauraci#n <+=a Q ) C1 Pará"ero !e /resi#n !e 2a/or /ara sauraci#n <+= % Q *(:;+,) N"Cg1 Consane !e /resi#n

Vi Q *(* g" 1 Concenraci#n !e 2a/or inerno

"+ Q +(*+@+*F gsF+"F)1 /ará"ero !e rans3erencia !e "asa") Q *(1 /ará"ero !e rans3erencia !e "asa

A$ ree"/$azar $os 2a$ores en $as ecuaciones aneriores>

"c=(0.611&"# ) $

17.27∗T c239ºC +T c=2.51 &"# (incu'#ci(n ) y 2.08 &"#( fructific#ci(n)

"g=0.46152

ºCg∗( T g+19.5ºC )∗0.9709 &g

=17.7 &"# (inc ) y 13.67 &"# (fruct )

Por $o ano1

W c= 0.622∗ " c

102.9 &"#− "c

=0.0156 (inc ) y 0.0128(inc)

W g= 0.622∗ " g

102.9 &"#− "g

=0.1292 (inc ) y 0.0953(fruct )

Co"o g c enonces>

M c=m1|T g−T c|

m 2 (W g−W c )=1.0183 x10−3

gs−1

m−2|T g−T c|

( W g−W c )

¿1.2582 x 10−4 ( inc ) y 1.6182 x 10

−4 (fruct )

Ahora so$o resa enconrar e$ 2a$or !e $a ca/aci!a! ca$or65ca !e$ aire!enro !e$ in2erna!ero GCgH1 e$ cua$ !e/en!e /rinci/a$"ene !e $ascaracer6sicas 36sicas y esrucura$es !e$ in2erna!ero !e $a siguiene"anera>

C g= M #ir$ c pV g

!on!e>

MaireQ +() g"1 Densi!a! !e$ aire secoVgQ : "1 Vo$u"en !e$ in2erna!eroAgQ +:(@ ")1 'rea !e$ in2erna!eroC/Q +*+* Jou$sgKC1 Ca$or es/eci5co !e$ aire <+=

Por $o ano se o-iene e$ siguiene 2a$or !e ca/aci!a! ca$or65ca>

C g=352.61 J

ºC m2

Con $os aneriores 2a$ores se encuenra a"-i8n e$ 2a$or !erans3erencia !e ca$or !a!o /or $a 2eni$aci#n G 2H "e!iane $a siguienere$aci#n>

K += M #ir C p ,+

!on!e ,+ se re5ere a$ u.o !e $a 2eni$aci#n !a!a en "s y es una

3unci#n !e $a 2e$oci!a! !e$ 2ieno y $a a/erura !e $a 2enana1 sine"-argo /ara e$ "ona.e !e esa /$ana se usará 2eni$aci#n 3orza!a1 yse esi"a un 2a$or !e u.o !e *(*,"s( Por $o ano>

K +=1.29 &g

m3∗1010

&gºC ∗0.05

s =65.145

ºC m2

Ahora 2o$2ien!o a$ "o!e$o !iná"ico !e $a e"/eraura>

C gd T g

dt = K V (T

0−T g )+α (T p−T g )+ K r (T

0−T g )+ K s (T s−T g )+ZηG− λE+

ε+1 M c

y ree"/$azan!o o!os $os 2a$ores enconra!os anerior"ene co"o se"uesra>

Cg Q ,)(;+ JC")

2 Q ;,(+:,C")

To Q +(, C Tg Q )* y ++ C !e/en!ien!o ea/a !e creci"ieno

α Q *1 /ueso 4ue no se usara u-er6a r Q *(, C")

s Q ,(, C")

Ts Q +*( C Q *(;η Q *(

& Q +* ")

λ Q ):,@* GincH y )::@* Jg G3rucHE Q *1 se !es/recia $a rans/iraci#nε Q

Mc Q +(),@)7+*F: GincH y +(;+@)7+*F: G3rucH

Se o-iene 4ue>

dt =0.0327 (incu'#ci(n ) y 0.3923 ( fructific#ci(n) ºC por unid#d d$ti$mpo

Recor!e"os 4ue esos 2a$ores esán !e5ni!os /ara una ra!iaci#n !eon!a consane1 y 2a$ores !eer"ina!os !e e"/eraura e7erior"á7i"a /ro"e!io en %ogoá y !e e"/eraura "6ni"a re4ueri!a /ara e$inerior !e$ in2erna!ero( Sin e"-argo /ara e$ aná$isis en e$ ie"/o se2ariarán !ichos 2a$ores en re$aci#n a un !6a /ro"e!io1 y !e5nien!o $a2ariaci#n !e $a e"/eraura !enro !e$ in2erna!ero co"o>

T g (i+1 )=T g (i )+d T g(i)

sien!o i e$ insane !e $ecura(

Sin e"-argo1 /ara e$ caso !e esu!io no se !is/on!rá !e una sensor/ara ca/ar $a ra!iaci#n !e on!a /or $o 4ue ese 2a$or se /ue!econsi!erar co"o e$ /resena!o en e$ e.e"/$o anerior(

Temperatura del suelo

La e"/eraura !e$ sue$o es a3eca!a /ro/orciona$"ene /or e$inerca"-io !e ca$or 4ue /resena $a ca/a su/er5cia$ con $a e"/erauraa"-iene y con e$ sue$o /ro3un!o( De a$ "anera 4ue se iene $a

siguiene re$aci#n>

C sd T s

dt =− K s (T s−T g )+ K d(T d−T s)

E$ /ri"er er"ino se re5ere a$ inerca"-io !e ca$or !e $a ca/a su/er5cia$con $a e"/eraura a"-iene y e$ segun!o con e$ sue$o /ro3un!o1 !on!eCs es $a ca/aci!a! ca$or65ca !e$ sue$o y ! es e$ coe5ciene !erans3erencia !e ca$or !e$ sue$o(

umedad

dt = E−,+ ( V i−V o )− M c

Esa re$aci#n in!ica 4ue e$ ca"-io !e hu"e!a! !enro !e$ in2erna!eroes a3eca!o /ro/orciona$"ene /or $a au"eno !e hu"e!a! /orrans/iraci#n Grecor!e"os 4ue /ara $os hongos se !es/reciaH1 a$inerca"-io !e hu"e!a! /or res/iraci#n y $a /er!i!a !e hu"e!a! /orcon!ensaci#n en $a cu-iera !e$ in2erna!ero res/eci2a"ene(

SIMULACIÓN DEL MODELO

Para $a si"u$aci#n !e$ "o!e$o se hace uso !e MATLA%1 en !on!e /ri"erose !e5nen o!as $as 2aria-$es y $os /ará"eros necesarios1 $os cua$es seencuenran !e5ni!os en e$ anerior "o!e$o( Luego se escri-en o!as $asecuaciones1 y no so$o $a ecuaci#n 5na$1 ya 4ue "uchas !e esas!e/en!en !e $os ca"-ios !e e"/eraura e7ernos y ra!iaci#n so$ar1 /or$o 4ue /ara esos se usan 2ecores !e !aos corres/on!ienes a un !6a/ro"e!io en $a ciu!a! !e %ogoá <,=( Aun4ue /ara e$ !esarro$$o"ae"áico se ui$izaron 2a$ores !eer"ina!os G"á7i"o /ro"e!io /arae"/eraura e7eriorH( A coninuaci#n se /resena e$ c#!igo en Ma$a->

clear all

%Ecuación del modelo de temperatura para el invernadero

%SALIDA

T_g=10; %Temperatura en invernadero

%PARAMETROS

K_r=0.335;

K_s=5.75;

epsilon=3;omega=0.622;

P_atm=102.8;

a1=0.611;

a2=17.27;

a3=239;

LAMBDA=0.46152;

Vi=0.9709;

m1=0.0010183;

m2=0.33;

L1=2501000;

L2=2381;

eta=0.7;

c_p=1010;PHIv=0.05;%0.0075;

Mair=1.29;

Ag=14.78;

Z=0.6;

T_s=[10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3

10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3]; %Temperatura del

suelo - Sujeta a variación

T_o=[10 11 11.5 12 12.3 12.5 13 16 17 19.5 20 23 24 24.5 23 20 17 15 14.5

14 13 12 11.5 10.5 10]; %Temperatura exterior 24horas

G=[0 0 0 0 10 30 200 300 450 600 700 800 830 800 700 600 450 200 30 0 0 0

0 0]; %Radiacion salor 24horas

%ECUACIONES

dT_g=0;

for i=1:24

lambda=L1-L2*T_g(i);

T_c=(epsilon*T_o(i)/(epsilon+1))+(T_g(i)/epsilon);

P_c=a1*exp((a2*T_c)/(a3+T_c));

P_g=LAMBDA*(T_g(i)+T_o(i))*Vi;

Wc=(omega*P_c)/(P_atm-P_c);

Wg=(omega*P_g)/(P_atm-P_g);

if Wg>Wc

Mc=(m1*(abs(T_g(i)-T_c))^m2)*(Wg-Wc);

else Mc=0;

Cg=Mair*c_p*Vg/Ag;

K_v=Mair*c_p*PHIv;

dT_g(i)=(K_v*(T_o(i)-T_g(i))+K_r*(T_o(i)-T_g(i))+K_s*(T_s(i)-T_g(i))

+Z*eta*G(i)+(lambda*E)+Mc*(lambda/(epsilon+1)))/Cg; T_g(i+1)=T_g(i)+dT_g(i);

%GRAFICA DE LA TEMPERATURA EN INVERNADERO

plot(T_g,'--*')

grid on

axis([0 24 0 30])

title('MODELO DEL INVERNADERO')

xlabel('Tiempo (h)')ylabel('Temperatura invernadero ( C)'∫ )

Don!e se o-iene co"o resu$a!o $a igura ) 4ue re/resena e$ ca"-ioen $a e"/eraura a$ inerior !e$ in2erna!ero(

igura )( Re/resenaci#n grá5ca !e$ "o!e$o(

Tenien!o esa cur2a se /ue!e enconrar una a/ro7i"aci#n a un "o!e$oen 3or"a !e 3unci#n !e rans3erencia "e!iane $a herra"iena !ei!eni5caci#n !e sise"as !e Ma$a- GSyse" I!eni5caion Too$ WCo"an!o ident H( A$$6 se /ue!en i"/orar $os !aos !e enra!a y !e sa$i!a!e$ sise"a1 esos 2ecores !e-en ener $as "is"as !i"ensiones( Esi"/orane "encionar 4ue /ara ese sise"a se ienen "9$i/$esenra!as co"o $o son $a ra!iaci#n1 $a e"/eraura !e$ sue$o1 $a 2e$oci!a!!e$ 2ieno1 hu"e!a! re$ai2a enre oras1 sin e"-argo co"o esas ya seienen en cuena en e$ !esarro$$o !e$ "o!e$o1 con 2a$ores a.usa!os a $aa/$icaci#n !esea!a1 y /ara esa a/$icaci#n no se /reen!e "e!ir !ichos

2a$ores1 enonces se o"a co"o 2a$or !ireco !e enra!a so$o $ae"/eraura e7erior $a cua$ si es con2eniene "e!ir "e!iane un sensor!e e"/eraura(De esa "anera se /resenan en $a igura !ichos !aos !e enra!a Gu+Hy !e sa$i!a Gy+H(

igura ( Va$ores !e enra!a y sa$i!a !e$ sise"a(

Se /ue!e o-ser2ar !e $a 5gura anerior 4ue !ichas cur2as son si"i$ares1sin e"-argo se a/recia 4ue $a e"/eraura !e$ in2erna!ero iene su /ico"á7i"o ie"/o !es/u8s !e$ /ico "á7i"o en $a e"/eraura e7erior1eso se !e-e a 4ue $a e"/eraura inerior es a3eca!a a"-i8n /or $acon!ensaci#n1 y !e"ás 3acores 4ue /ro2ocan una acu"u$aci#n !e ca$ory una res/uesa 4ue c$ara"ene no 2a a ser insanánea(

Luego !e ener !ichos 2a$ores se /ue!e a/ro7i"ar $a cur2a a una

3unci#n !e rans3erencia hasa !e ercer gra!o1 y se /ue!en a!icionarceros1 ie"/o "uero e inegra!ores a$ sise"a( En $a igura : se"uesra $a o/ci#n !e un sise"a !e /ri"er or!en1 e$ cua$ es $a /ri"erao/ci#n /or ser un sise"a "ucho "as senci$$o !e ra-a.ar a$ "o"enose !ise0ar un conro$a!or(

(igura :( Se$ecci#n !e$ "o!e$o !e /roceso(

Para esa esi"aci#n se /resena una a/ro7i"aci#n !e$ @(; co"o se"uesra en $a igura ,( Esa es una a/ro7i"aci#n -asane ace/a-$e ya4ue se esa ra-a.an!o con un sise"a !e /ri"er or!en1 y /ara esaa/$icaci#n no 2a$!r6a $a /ena au"enar$e e$ gra!o a$ sise"a1 ya 4ueeso en!r6a consecuencias en $a se$ecci#n !e$ conro$a!or(

igura ,( A/ro7i"aci#n !e $a 3unci#n !e rans3erencia a $a cur2a !e$"o!e$o "ae"áico(

Por $o ano $a 3unci#n !e rans3erencia se$ecciona!a /ara $a /$ana es>

Gin+= 1.1638

4.0861 s+1

CONTROL

Ahora se /roce!e a !ise0ar un conro$a!or a!ecua!o /ara /o!eresa-$ecer 2a$ores !e re3erencia !e a/ro7i"a!a"ene +* W ))C( Paraeso se usará $a sinon6a #/i"a !e conro$a!or ITAE1 $a cua$ esa!e5ni!a /ara una 3unci#n !e $a 3or"a>

G ( s )= K $−t o s

X un conro$a!or Pro/orciona$FInegra$FDeri2ai2o GPIDH>

Gc= K c(1+ 1- i s

+ - d s )

Los 2a$ores !e ganancias esán !a!os /or>

Error Inegra$ ITAE

K c=#1

K (t o

- )'1 a+ Q *(;,

-+ Q F*(@,,

- i= -

a) Q *(;-) Q F*(+:

- d=#3

- ( t o

- )'3 a Q *(*@

- Q *())

Co"o en nuesra 3unci#n !e rans3erencia no se cuena con un ie"/o"uero1 e$ cua$ es necesario /ara esa sinonizaci#n1 se a!icionará unie"/o "uero -asane coro G*(+ hH( De esa "anera $a nue2a 3unci#n4ue!a !e5ni!a co"o>

Gin+=1.1638 $

−0.1s

4.0861 s+1

X ahora se /ue!e /roce!er a enconrar $os 2a$ores !e $as ganancias>

K c= 0.965

1.1638 ( 0.1

4.0861 )−0.855

=19.78

- i= 4.0861

0.796+(−0.147)( 0.1

4.0861 )=5.1566

- d=0.308

∗4.0861

4.0861

0.9292

Sin e"-argo1 cuan!o se usa e$ -$o4ue !e PID en Si"u$in1 se /i!e e$/ará"ero !e ganancia inegra$ i 4ue corres/on!e a$ in2erso !e - i 1enonces>

- i=0.194

Con eso se /ue!e /roce!er a si"u$ar $a res/uesa en $azo cerra!o1co"o se "uesra en $a igura ;(

igura ;( Mo!e$o en Si"u$in !e$ sise"a(

Ese sise"a cuena con una enra!a !e /erur-aci#n1 /ueso 4ue casicua$4uier sise"a !e conro$ !e-er6a ener rechazo a $as "is"as( En $asiguiene igura se o-ser2a $os /ará"eros inro!uci!os en e$ -$o4ue !ePID>

igura ( %$o4ue> Conro$a!or PID(

En un /rinci/io se /ens# 4ue con un conro$a!or PI /o!r6a ser su5ciene/ara esa-i$izar correca"ene e$ sise"a1 sin e"-argo a$ a!icionar e$!e$ay a$ circuio !e conro$ se crea rui!o en $a sa$i!a1 as6 co"o oros3acores co"9n"ene /ue!en a3ecar !e esa "anera Gigura @H( Poresa raz#n es necesario inro!ucir a"-i8n e$ 2a$or ha$$a!o /ara $a

ganancia !i3erencia$1 y un coe5ciene !e 5$ra!o 4ue se encuenra /or!e3eco en +**(

igura @( Res/uesa !e$ sise"a con rui!o(

%a.o $a a/$icaci#n !e$ conro$a!or a$ y co"o se encuenra en $a igura ;y 1 se o-iene $a siguiene res/uesa /ara $a ea/a !e incu-aci#nG)*CH>

igura ( Res/uesa en ea/a !e incu-aci#nCo"o se /ue!e o-ser2ar iene una -uena res/uesa en segui"ieno ya"-i8n rechazo a /erur-aciones( En $a siguiene 5gura se "uesra $ares/uesa /ara $a ea/a !e 3ruci5caci#n G++CH>

igura +*( Res/uesa en ea/a !e 3ruci5caci#n(

Desarrollo de dispositivo para realimenta!i"n#

A coninuaci#n se /ro/one e$ !ise0o 36sico !e$ !is/osii2o encarga!o /ara$a rea$i"enaci#n !e$ conro$a!or anerior1 /ara eso se ui$izaran co"oco"/onenes un sensor !e e"/eraura y hu"e!a! re$ai2a "o!e$o D?T))1 resisencia ))* Y1 "icro F conro$a!or ARDUINO UNO1 PC1 ca-$e US%W seria$(

Para $a rea$i"enaci#n !e $a 2aria-$e e"/eraura co"o 2aria-$e 36sica!enro !e$ in2erna!ero se /ro/one e$ sensor D?T ))1 esá co"/ueso/or un sensor !e hu"e!a! ca/acii2o y un er"isor $os cua$es seconecan a un circuio inegra!o 4ue se encarga !e rea$izar $acon2ersi#n !e $as se0a$es ana$#gicas a !igia$es(

Las es/eci5caciones son $as siguienes>

La /$aca Ar!uino es una ar.ea con un "icroconro$a!or 4ue inc$uyecircuios !e so/ore co"o regu$a!ores !e ensi#n1 /ueros US%1 enra!as

y sa$i!as ano !igia$es co"o ana$#gicas1 ec1 $as es/eci5caciones son$as siguienes>

igura +)> Ar!uino UNOigura ++> D?T

La cone7i#n ene $os !os !is/osii2os aneriores se rea$iza !e $a siguiene"anera(

igura +> Ca-$ea!o y Cone7i#n

igura +:> Ca-$ea!o y Cone7i#n

Para con5gurar $as se0a$es !igia$es en2ia!as /or e$ sensor es necesariorea$izar $a /rogra"aci#n !e$ "icroconro$a!or !e $a /$aca1 esa se $$e2a aca-o en $a /$aa3or"a +(*(+ /ro/ia !e Ar!uino1 $a cua$ /resena $asiguiene Iner3az>

igura +,> P$aa3or"a !e Progra"aci#n

E$ c#!igo !esarro$$a!o /ara o-ener $os !aos !e hu"e!a! ye"/eraura es>

Zinc$u!e [D?T(hcarga"os $a $i-rer6a D?TZ!e5ne D?TPIN Se$ecciona"os e$ /in en e$ 4ue se conecará e$sensorZ!e5ne D?TTXPE D?T)) Se se$ecciona e$ D?T))Ghay oros D?THD?T !hGD?TPIN1 D?TTXPEHB Se inicia una 2aria-$e 4ue será usa!a /orAr!uino /ara co"unicarse con e$ sensor2oi! seu/GH \ Seria$(-eginG;**HB Se inicia $a co"unicaci#n seria$!h(-eginGHB Se inicia e$ sensor

]2oi! $oo/GH \ oa h Q !h(rea!?u"i!iyGHB Se $ee $a hu"e!a! oa Q !h(rea!Te"/eraureGHB Se $ee $a e"/eraura Se i"/ri"en $as 2aria-$es Seria$(/rin$nG^?u"e!a!> ^HBSeria$(/rin$nGhHB

Seria$(/rin$nG^Te"/eraura> ^HB

Seria$(/rin$nGHB !e$ayG)***HB Se es/era ) segun!os /ara seguir $eyen!o !aos]

Los resu$a!os o-eni!os se /resenan co"o sigue>

igura );> Daos

CONCLUSIONES

F E$ sise"a /resena!o /ue!e a!ecuarse /ara cua$4uier i/o !ecu$i2o1 /ero se !e-e ener en cuena 4ue /ara $as /$anas essigni5cai2a $a rans3erencia !e ca$or /or rans/iraci#n yres/iraci#n !e $as "is"as(

F Es !i36ci$ !eer"inar con "ayor /recisi#n $os ie"/os !eesa-$eci"ieno y !e res/uesa rea$es !e$ sise"a1 ya 4ue sere4uiere $a caracerizaci#n !e $os sensores y !e $os acua!ores(

F Las con!iciones !e "ona.e y !ise0o !e$ in2erna!ero iner5eren

!e 3or"a signi5cai2a en $os a.uses !e$ "o!e$o( Me!iane/rue-as y e7/eri"enaci#n en $a /$ana rea$ se /ue!e o-enerun "o!e$o !e $a /$ana "as /reciso y ro-uso(

F Un conro$a!or i/o ono_ # /ro/orciona$ /o!r6a !ar resu$a!osace/a-$es1 sin e"-argo no es an rá/i!o y e5ciene con e$conro$a!or PID(

RE$ERENCIAS

<+= Ta/ ( Econo"icsF-ase! o/i"a$ conro$ o3 greenhouse o"ao cro//ro!(1 PhD Thesis1 ageningen Agr( Uni2(1 )***(<)= Joe$ &uarin1 An!res Ra"irez( Esu!io !e 3aci-i$i!a! 8cnico W5nanciero !e un cu$i2o !e$ hongo P$eurous Osreaus( Poni5ciaUni2ersi!a! Ja2eriana(1 )**:(<= Miniserio !e agricu$ura1 a$i"enaci#n y "e!io a"-iene1 &o-ierno!e Es/a0a( Cu$i2o !e seas P$eurous Osreaus(h/>(a!er$an(org!ocu"enosEJESToa$EJE,cu$i2o)*!e)*/$eurous)*osreaus(/!3 <:= or$!"eeo e-sie> h/>(or$!"eeo(in3oesa"ericaF!e$Fsurco$o"-ia-ogoaie"/oF+*+))

<,= IDEAM GInsiuo !e ?i!ro$og6a1 Meeoro$og6a y Esu!ios A"-iena$es!e Co$o"-iaH

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