Diseño de un controlador de temperatura de aire para el secado mecánico de café pergamino.
El proceso de beneficio del café cuenta con varias etapas que tradicionalmente se han realizado de manera artesanal y poco controlada, lo que en muchas ocasiones resulta en perdida de material por malas prácticas de secado, la cual es una de las etapas más importantes. Por lo tanto, se propone el di...
- Autores:
-
Muñoz Mazeto, Juan Manuel
Meza Landazuri, Neider Rosendo
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2022
- Institución:
- Universidad de Ibagué
- Repositorio:
- Repositorio Universidad de Ibagué
- Idioma:
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/20.500.12313/4961
- Palabra clave:
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Controlador de temperatura - Modelos matemáticos
Modelos matemáticos
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El proceso de beneficio del café cuenta con varias etapas que tradicionalmente se han realizado de manera artesanal y poco controlada, lo que en muchas ocasiones resulta en perdida de material por malas prácticas de secado, la cual es una de las etapas más importantes. Por lo tanto, se propone el diseño de un controlador de temperatura del aire para secadores mecánicos, el cual se requiere que se mantenga a una temperatura en un rango de 45°C a 50°C, para así evitar defectos en el café pergamino. En consecuencia, es necesario desarrollar un modelo matemático que permita el control de la temperatura de secado, para proceder con una correlación entre la temperatura de secado y la humedad del grano de café en el tiempo. Esto se logra mediante el uso de los modelos matemáticos ya existentes para el secado mecánico estático del café pergamino y la elaboración de un modelo representativo al calentador de aire. También, es necesario categorizar las variables necesarias para el control de la temperatura del aire de secado y las que permiten su correlación con la humedad del café en el tiempo como lo es: Humedad del café mojado, temperaturas inicial y final del aire de secado, la humedad del aire de secado, el número de capas, la altura de las capas, flujo de aire entre otras. Por último, se verifica que el controlador diseñado funcione correctamente mediante un análisis de robustez. |
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Andrea Crolina Castrillo Fuentes, O. I. P. R. (2019). Diseño de controlador pid para prototipo de máquina de secado de café y/o cacao para la empresa penagos hermanos. (Tesis Doctoral no publicada). Universidad autónoma de Bucaramanga. Bú, R. C. (2012). Simulación un enfoque práctico. México: LIMUSA NORIEGA EDITORES. Christian A. González-Salazar, J. R. S.-U., y Oliveros-Tascón, C. E. (2010). Control de caudal y temperatura de aire en el secado mecánico de café. Cenicafé, 281–296. c. Kuo, B. (1996). Sistemas de control automático. Mexico: Naomi Goldman. Collazo P, M. M., y Luisa, C. (2018). Mathematical and experimental models. Ciencias Tecnicas agropecuarias, 89–88. Coronado alfonso Parra, O. T. C., Roa Mejia Gonzalo. (2008). Modelamiento y simulación matemática en el secado mecánico de café pergamino. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 12(4), 415–427. de cafeteros del Tolima, C. (2022). Café del tolima for websites. Descargado de https:// tolima.federaciondecafeteros.org/cafe-de-tolima/ (Ultiomo acceso 8 de febrero 2021) departamental de cafeteros de caldas, C. (2010). Ritual del café. Caldas es calidad. FNC, P. (2021). Exportaciones de café de colombia caen 11% en junio for websites. Descargado de https://federaciondecafeteros.org/wp/listado-noticias/ exportaciones-de-cafe-de-colombia-caen-11-en-junio/ (Ultimo acceso 7 de julio 2021) Jaire, F. L. (2007). Integridad estrcutural en el secado de arroz en lecho fluidizado (Tesis Doctoral no publicada). Univesidad de los Andes. Jhony Mauricio Gutiérrez Flórez, H. C. L. (2009). Hacia la mejora del secadovmecánico del café en colombia. Tecno Lógicas, -(23), 109–132. José, L. G. (2013). Automática (Tesis Doctoral no publicada). Univesidad de Cantabria. Lozano Valencia Leonardo F, R. G. L. F., y Didier, G. B. (2012). Diseño, implementación y validación. Tecno Lógicas, -(28), 33–53. López, C. A. M. (2008). Implementación de metodologías de control para la sección de nivel y temperatura del módulo control de procesos del laboratorio de robótica (Tesis Doctoral no publicada). Universidad de La Salle. Ogata, K. (2010). Ingeniería de control moderna. Madrid: PEARSON EDUCACIÓN S.A. Oliveros C.E, S. J., Ramirez C.A., y A.E, P. (2006). Secador solar de túnel para café pergamino. Avances Técnicos, -(353), 1–8. Oliveros T.C.E, R. G., Sanz U.J.R, y M.A.E., P. (2009). Aprovechamiento eficiente de la energía en el secado mecánico del café. Avances Técnicos, -(380), 1–8. Parra Coronado Alfonso, O. t. C. E., Roa Mejia Gonzalo, y Rodrigo, S. U. J. (2017). Optimización operacional de secadores mecánicos para café pergamino. Colombia: FNC. Roa Mejia Gonzalo, P. C. A., Oliveros Tascon Carlos E, y A, R. G. C. (2000). El secado mecánico del café. Avances Técnicos(282), 1–8. Thompson T.L, F. G., Peart R.M. (1970). Mathematical simulation of corn drying a new model. ASAE, 11(4), 582–585. Yunus A. cengel, A. J. G. (2011). Sistemas de control automático. Mexico: Mc Graw Hill. Ángel Ramírez Lazo, B. M. (2013). Diseño e implementación de un controlador pid de temperatura controlado a distancia para un prototipo de incubadora (Tesis Doctoral no publicada). Universidad Catolica De Santa Maria. |
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Hernández Sarabia, Héctor Mauriciobb3184cd-0df9-4e55-a3a0-dc319651fa85-1Muñoz Mazeto, Juan Manuel7604f576-a582-4ecb-9725-ee3cc78f4527-1Meza Landazuri, Neider Rosendo28191264-352e-49d9-96a7-7cddcad859ac-12025-04-03T23:17:05Z2025-04-03T23:17:05Z2022El proceso de beneficio del café cuenta con varias etapas que tradicionalmente se han realizado de manera artesanal y poco controlada, lo que en muchas ocasiones resulta en perdida de material por malas prácticas de secado, la cual es una de las etapas más importantes. Por lo tanto, se propone el diseño de un controlador de temperatura del aire para secadores mecánicos, el cual se requiere que se mantenga a una temperatura en un rango de 45°C a 50°C, para así evitar defectos en el café pergamino. En consecuencia, es necesario desarrollar un modelo matemático que permita el control de la temperatura de secado, para proceder con una correlación entre la temperatura de secado y la humedad del grano de café en el tiempo. Esto se logra mediante el uso de los modelos matemáticos ya existentes para el secado mecánico estático del café pergamino y la elaboración de un modelo representativo al calentador de aire. También, es necesario categorizar las variables necesarias para el control de la temperatura del aire de secado y las que permiten su correlación con la humedad del café en el tiempo como lo es: Humedad del café mojado, temperaturas inicial y final del aire de secado, la humedad del aire de secado, el número de capas, la altura de las capas, flujo de aire entre otras. Por último, se verifica que el controlador diseñado funcione correctamente mediante un análisis de robustez.The coffee benefit process has several stages that have traditionally been carried out in an artisanal and poorly controlled manner, which often results in loss of material due to poor drying practices, which is one of the most important stages. Therefore, the design of an air temperature controller for mechanical dryers is proposed, which is required to maintain a temperature in a range of 45°C to 50°C, in order to avoid defects in parchment coffee. Consequently, it is necessary to develop a mathematical model that allows the control of the drying temperature, to proceed with an alteration between the drying temperature and the humidity of the coffee bean over time. This is achieved through the use of existing mathematical models for the static mechanical drying of parchment coffee and the development of a representative model for the air heater. Also, it is necessary to categorize the necessary variables for the control of the temperatura of the drying air and those that allow its analysis with the humidity of the coffee over time, such as: Humidity of the wet coffee, initial and final temperatures of the drying air, the humidity of the drying air, the number of layers, the height of the layers, air flow among others. Finally, it is verified that the designed controller Works correctly through a robustness analysis.PregradoIngeniero Mecánico1 Marco Teórico.....8 1.1 Proceso de beneficio del café.....8 1.2 Temperatura de secado del café.....9 1.3 Humedad durante el secado del café.....9 1.4 Secadores mecánicos.....9 1.5 Tipos de secadores.....10 1.6 Transferencia de calor.....12 1.7 Modelo de Thompson.....13 1.8 Balance antes del secado.....13 1.9 Balance después del secado.....14 1.10 Parámetros necesarios para los modelos de simulación del secado de café pergamino.....15 1.11 Simulación.....15 1.11.1 Estapas para realizar un estudio de simulación.....16 1.12 Controlador PID.....16 1.13 Control PID de plantas.....17 1.14 Reglas de Ziegler-Nichols para sintonizar controladores PID.....18 2 Modelo Matemático.....20 2.1 Calentador de aire.....20 2.2 Descripción fenomenológica del sistema.....20 2.3 Balance De Energía.....21 2.4 Transformada de Laplace:.....24 2.5 Secado mecánico estático.....25 2.6 Ecuación de secado en capa delgada.....25 2.7 Validación del modelo de secado:.....27 3 Sistemas de control.....30 3.1 Caracterización del controlador.....30 3.2 Determinación de la estabilidad de la función de transferencia.....30 3.3 Controlador PID.....33 3.4 Análisis de robustez.....34 3.5 Análisis de robustez (Cambios de parámetros).....35 4 Conclusiones Y Recomendaciones.....38 A Anexo: Cálculos para el modelo matemático.....39 B Anexo: Volumen Y calor especifico.....40 B.1 Volumen de aire en el calentador:.....40 B.2 Calor especifico :.....40 C Anexo: Ecuación de transformada de laplace.....41 D Anexo: Ecuación de secado para capa delgada por Roa.....42 D.1 Presión de vapor saturado:.....42 D.2 Presión de vapor:.....42 E Anexo: Curva de secado.....43 F Anexo: Validación modelo de secado en capa delgada.....45 G Anexo: Grafica Pole-Zero Map para la estabilidad de la función de transferencia.....46 H Anexo: Grafica de la función de transferencia.....47 I Anexo: Control PID.....48 J Anexo: Robustez (Cambios de parámetros).....49 Referencias.....5062 páginasapplication/pdfMuñoz Mazeto, J.M; Meza Landazuri, N.R. (2022). Diseño de un controlador de temperatura de aire para el secado mecánico de café pergamino. [Trabajo de grado, Universidad de Ibagué]. https://hdl.handle.net/20.500.12313/4961https://hdl.handle.net/20.500.12313/4961spaUniversidad de IbaguéIngenieríaIbaguéIngeniería MecánicaAndrea Crolina Castrillo Fuentes, O. I. P. R. (2019). Diseño de controlador pid para prototipo de máquina de secado de café y/o cacao para la empresa penagos hermanos. (Tesis Doctoral no publicada). Universidad autónoma de Bucaramanga.Bú, R. C. (2012). Simulación un enfoque práctico. México: LIMUSA NORIEGA EDITORES.Christian A. González-Salazar, J. R. S.-U., y Oliveros-Tascón, C. E. (2010). Control de caudal y temperatura de aire en el secado mecánico de café. Cenicafé, 281–296.c. Kuo, B. (1996). Sistemas de control automático. Mexico: Naomi Goldman.Collazo P, M. M., y Luisa, C. (2018). Mathematical and experimental models. Ciencias Tecnicas agropecuarias, 89–88.Coronado alfonso Parra, O. T. 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Automática (Tesis Doctoral no publicada). Univesidad de Cantabria.Lozano Valencia Leonardo F, R. G. L. F., y Didier, G. B. (2012). Diseño, implementación y validación. Tecno Lógicas, -(28), 33–53.López, C. A. M. (2008). Implementación de metodologías de control para la sección de nivel y temperatura del módulo control de procesos del laboratorio de robótica (Tesis Doctoral no publicada). Universidad de La Salle.Ogata, K. (2010). Ingeniería de control moderna. Madrid: PEARSON EDUCACIÓN S.A.Oliveros C.E, S. J., Ramirez C.A., y A.E, P. (2006). Secador solar de túnel para café pergamino. Avances Técnicos, -(353), 1–8.Oliveros T.C.E, R. G., Sanz U.J.R, y M.A.E., P. (2009). Aprovechamiento eficiente de la energía en el secado mecánico del café. Avances Técnicos, -(380), 1–8.Parra Coronado Alfonso, O. t. C. E., Roa Mejia Gonzalo, y Rodrigo, S. U. J. (2017). Optimización operacional de secadores mecánicos para café pergamino. Colombia: FNC.Roa Mejia Gonzalo, P. C. A., Oliveros Tascon Carlos E, y A, R. G. C. (2000). El secado mecánico del café. Avances Técnicos(282), 1–8.Thompson T.L, F. G., Peart R.M. (1970). Mathematical simulation of corn drying a new model. ASAE, 11(4), 582–585.Yunus A. cengel, A. J. G. (2011). Sistemas de control automático. Mexico: Mc Graw Hill.Ángel Ramírez Lazo, B. M. (2013). Diseño e implementación de un controlador pid de temperatura controlado a distancia para un prototipo de incubadora (Tesis Doctoral no publicada). Universidad Catolica De Santa Maria.info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial 4.0 Internacional (CC BY-NC 4.0)https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/Controlador de temperatura - Café pergaminoControlador de temperatura - Modelos matemáticosModelos matemáticosControlSecadores mecánicoCalentadorVariablesFlujoDefectos en el caféMathematical modelsControlMechanical dryersHeaterVariablesflowcoffee defectsDiseño de un controlador de temperatura de aire para el secado mecánico de café pergamino.Trabajo de grado - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/redcol/resource_type/TPinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionPublicationORIGINALTrabajo de grado.pdfTrabajo de grado.pdfapplication/pdf2688274https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/08e864dd-7d8e-4a64-ace8-bed25f854fab/download2eef4f198a2cc28fb75bd682bc94e5ccMD51Anexos.zipAnexos.zipapplication/zip626833https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/892e353f-2e8a-48f5-bd9f-b9269dad6302/download95a5a07a57385ceca89080f85a38348cMD52Formato de autorización.pdfFormato de autorización.pdfapplication/pdf228570https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/905208fd-e3ab-48ad-8feb-befd887d2a4e/download3e0257bdb3ee000c48a9824e2d440c5cMD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-8134https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/f8093c86-0227-4291-bae5-d4595e6ed670/download2fa3e590786b9c0f3ceba1b9656b7ac3MD54TEXTTrabajo de grado.pdf.txtTrabajo de grado.pdf.txtExtracted texttext/plain75088https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/cf5a3a2b-a5d5-420b-b8ba-eb60584309db/download12862a53d14dd2c74cd9ea0a997b9a9cMD59Formato de autorización.pdf.txtFormato de autorización.pdf.txtExtracted texttext/plain3094https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/cb466fa9-d096-4354-8c80-b819829ed577/download0c7dc8b7f81b09a87585ad6b3dcc646bMD511THUMBNAILTrabajo de grado.pdf.jpgTrabajo de grado.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg3426https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/2d2d69c5-d913-4aeb-b58a-4a578b5faa66/download563c4582a315a6706e37b8327256473fMD510Formato de autorización.pdf.jpgFormato de autorización.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg24319https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/bf5d5a48-f8d6-4e8a-a7d8-f5f8d1040ed6/download68d1a4e23cc6a2e65d4598d7e0ae646cMD51220.500.12313/4961oai:repositorio.unibague.edu.co:20.500.12313/49612025-08-13 02:19:53.89https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/https://repositorio.unibague.edu.coRepositorio Institucional Universidad de Ibaguébdigital@metabiblioteca.comQ3JlYXRpdmUgQ29tbW9ucyBBdHRyaWJ1dGlvbi1Ob25Db21tZXJjaWFsLU5vRGVyaXZhdGl2ZXMgNC4wIEludGVybmF0aW9uYWwgTGljZW5zZQ0KaHR0cHM6Ly9jcmVhdGl2ZWNvbW1vbnMub3JnL2xpY2Vuc2VzL2J5LW5jLW5kLzQuMC8= |