Desarrollo de un sistema de control y monitoreo para las variables en el proceso de un bio-digestor

En este documento se expone una investigación sobre el desarrollo de un sistema de control para la producción de biogás como fuente de energía secundaria por su alto contenido de metano, posterior planteamiento de un sistema de control (en lazo abierto y lazo cerrado) de al menos tres variables cont...

Full description

Autores:
Morales Correa, Cristian Humberto
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2023
Institución:
Universidad Tecnológica de Pereira
Repositorio:
Repositorio Institucional UTP
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.utp.edu.co:11059/15202
Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/11059/15202
https://repositorio.utp.edu.co/home
Palabra clave:
620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingeniería
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Biogás
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Monitoreo
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description En este documento se expone una investigación sobre el desarrollo de un sistema de control para la producción de biogás como fuente de energía secundaria por su alto contenido de metano, posterior planteamiento de un sistema de control (en lazo abierto y lazo cerrado) de al menos tres variables controlables, teniendo en cuenta la bases de un sistema automatizado; Este puede traer la implementación de dichos sistemas a mejor calidad en este producto. se da una visión general de que muchos procesos químicos se pueden mejorar la eficiencia de sus resultados aplicándoles un sistema de control; se expone el desarrollo de un sistema para el control y el monitoreo con el cual puede actuar ante condiciones no deseadas. Se definieron conceptos básicos que constituyen el proyecto para dar facilidad a su comprensión, así como la estructura metodológica para el desarrollo de sus objetivos. Seguidamente se expusieron los temas específicos del proyecto, como nivel de control, la justificación y las diferentes opciones para el control de los procesos. Después de revisado el estado del arte se especificaron los diferentes parámetros para el acondicionamiento de cada variable a medir y controlar. El proyecto tiene en cuenta un estudio teórico sobre el desarrollo del sistema de control, los componentes utilizados en el biodigestor, así como algunos softwares para el sistema de control y monitoreo capaz de medir los parámetros requeridos en el proceso. El diseño del sistema se apoya tanto en el uso de elementos encargados de enviar señales al Arduino, como en el uso de instrumentos virtuales o software (sistema de control) encargados de tomar las acciones ya programadas Por último se anexan los resultados y las referencias bibliográficas.
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spelling Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorización es original y la realicé (realizamos) sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto, mi (nuestra) OBRA es de exclusiva autoría y tiene la titularidad sobre la misma. PARAGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamación o acción por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la OBRA en cuestión, El (los) Autor(es), asumirá (n) toda la responsabilidad, y saldrá (n) en defensa de los derechos aquí autorizados. Para todos los efectos La Universidad actúa como un tercero de buena fe. Manifiesto (manifestamos) que soy (somos) conocedor (es) del alcance mundial de la publicación de mi (nuestra) obra en internet y específicamente en el Repositorio Institucional. Manifiesto (manifestamos) que mi (nuestra) OBRA no está limitada ni protegida por ningún acuerdo de confidencialidad, no es un secreto industrial, no es una invención patentable y no cuenta con ningún otro tipo de restricción para su publicación. Acepto (aceptamos) que la autorización se hace a título gratuito, por lo tanto, renuncio (renunciamos) a recibir pago alguno por su distribución, comunicación pública y cualquier otro uso que se haga en los términos de la presente licencia. Autorizo (autorizamos) a la Universidad Tecnológica de Pereira para incluir la presente OBRA en los índices y buscadores que la Universidad estime convenientes para su visibilidad. Acepto (aceptamos) que la Universidad Tecnológica de Pereira convierta el documento en cualquier medio o formato para su preservación digital. En constancia de lo anterior, autorizo (autorizamos) publicar mi (nuestra) OBRA bajo las Licencias Creative Commons 4.0 (cuyo texto se puede consultar en: http://creativecommons.org/licenses/): Se autoriza el uso comercial de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ Se autorizan modificaciones de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ “Los derechos de autor recaen sobre las obras científicas, literarias y artísticas en las cuales se comprenden las creaciones del espíritu en el campo científico, literario y artístico, cualquiera que sea el modo o forma de expresión y cualquiera que sea su destinación, tales como: los libros, folletos y otros escritos; las conferencias, alocuciones, sermones y otras obras de la misma naturaleza; las obras dramáticas o dramático-musicales; las obras coreográficas y las pantomimas; las composiciones musicales con letra o sin ella; las obras cinematográficas, a las cuales se asimilan las obras expresadas por procedimiento análogo a la cinematografía, inclusive los videogramas, las obras de dibujo, pintura, arquitectura, escultura, grabado, litografía; las obras fotográficas a las cuales se asimilan las expresas por procedimiento análogo o la fotografía; las obras de artes plásticas; las ilustraciones, mapas, planos, croquis y obras plásticas relativas a la geografía, a la topografía a la arquitectura o a las ciencias, en fin, toda producción del dominio científico, literario o artístico que puedan producirse o definirse por cualquier forma de impresión o de reproducción, por fonografía, radiotelefonía o cualquier otro medio conocido o por conocer”. (Artículo 2 de la ley 23 de 1982).https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessGiraldo Suarez, EduardoMorales Correa, Cristian Humberto2024-07-10T14:30:55Z2024-07-10T14:30:55Z2023https://hdl.handle.net/11059/15202Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homeEn este documento se expone una investigación sobre el desarrollo de un sistema de control para la producción de biogás como fuente de energía secundaria por su alto contenido de metano, posterior planteamiento de un sistema de control (en lazo abierto y lazo cerrado) de al menos tres variables controlables, teniendo en cuenta la bases de un sistema automatizado; Este puede traer la implementación de dichos sistemas a mejor calidad en este producto. se da una visión general de que muchos procesos químicos se pueden mejorar la eficiencia de sus resultados aplicándoles un sistema de control; se expone el desarrollo de un sistema para el control y el monitoreo con el cual puede actuar ante condiciones no deseadas. Se definieron conceptos básicos que constituyen el proyecto para dar facilidad a su comprensión, así como la estructura metodológica para el desarrollo de sus objetivos. Seguidamente se expusieron los temas específicos del proyecto, como nivel de control, la justificación y las diferentes opciones para el control de los procesos. Después de revisado el estado del arte se especificaron los diferentes parámetros para el acondicionamiento de cada variable a medir y controlar. El proyecto tiene en cuenta un estudio teórico sobre el desarrollo del sistema de control, los componentes utilizados en el biodigestor, así como algunos softwares para el sistema de control y monitoreo capaz de medir los parámetros requeridos en el proceso. El diseño del sistema se apoya tanto en el uso de elementos encargados de enviar señales al Arduino, como en el uso de instrumentos virtuales o software (sistema de control) encargados de tomar las acciones ya programadas Por último se anexan los resultados y las referencias bibliográficas.This document presents a research on the development of a control system for the production of biogas as a secondary energy source due to its high methane content, subsequent approach of a control system (in open loop and closed loop ) of at least three controllable variables, taking into account the bases of an automated system; This can bring the implementation of said systems to better quality in this product. A general view is given that many chemical processes can improve the efficiency of their results by applying a control system; The development of a system for control and monitoring is presented with which it can act in the event of unwanted conditions. Basic concepts that constitute the project were defined to facilitate its understanding, as well as the methodological structure for the development of its objectives. The specific topics of the project were then presented, such as level of control, justification and the different options for process control. After reviewing the state of the art, the different parameters were specified for the conditioning of each variable to be measured and controlled. The project takes into account a theoretical study on the development of the control system, the components used in the biodigester, as well as some software for the control and monitoring system capable of measuring the parameters required in the process. The design of the system is supported both by the use of elements responsible for sending signals to the Arduino, and by the use of virtual instruments or software (control system) responsible for taking the already programmed actions. Finally, the results and bibliographic references are attached.1. Introducción 7 2. Planteamiento del problema 10 2.1. Descripción del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2. DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3. Justificación 11 3.1. Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3.2. Justificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 4. Estado del arte y Marco teórico 12 4.1. Estado Del Arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 4.2. MARCO TE´ORICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 5. Objetivos 20 5.1. Objetivo General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 5.2. Objetivos específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 6. Planteamiento de soluciones 20 6.1. Posibles soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 6.1.1. simuladores de Biodigestores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 6.1.2. Biodigestores escala laboratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 6.1.3. Biodigestores escala Industrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 6.1.4. Otros Biodigestores escala piloto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 6.2. DESCARTE DE SOLUCIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 6.2.1. simuladores de Biodigestores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 6.2.2. Biodigestores escala laboratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 6.2.3. Biodigestores escala Industrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 6.2.4. Otros Biodigestores escala piloto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 7. Métodos de desarrollo 22 8. Resultados 23 8.1. Selección de componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 8.1.1. Selección del tipo de biodigestor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 8.1.2. Recipientes tuberías, manifolds y accesorios. . . . . . . . . . . . . . . 24 8.1.3. Sistema de agitación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 8.1.4. Sistema de calentamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 8.1.5. Sistema de control(Sensores) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 8.1.6. Sistema de control(Actuadores) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 8.1.7. Fuente de alimentación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 8.1.8. Filosofía de control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 8.1.9. sistema de control lógico programable(PLC), Sistema de adquisición de datos y iOT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 8.2. Scaling-down (Lesly-Cero) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 8.3. FOTOGRAFÍAS DEL PROTOTIPO EXPERIMENTAL FINALIZADO . . 36 9. CONCLUSIONES 38PregradoIngeniero(a) Electricista42 Páginasapplication/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraIngeniería EléctricaFacultad de IngenieríasPereira620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingenieríaAutomatizaciónBiogásIndustrias de energíaBiogásSistema de controlLazo abiertoLazo cerradoVariables controlablesAutomatizaciónEficiencia de procesos químicosMonitoreoParámetrosBiodigestorArduinoInstrumentos virtualesSoftware de controlControl systemOpen loopClosed loopControllable variablesAutomationEfficiency of chemical processesMonitoringParametersBiodigesterVirtual instrumentsDesarrollo de un sistema de control y monitoreo para las variables en el proceso de un bio-digestorTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisGerman A Holguín L. Andrés F. Calvo. INSTRUMENTATION OF ELECTRICAL POWER SYSTEMS. 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MODELAMIENTO Y CONTROL DE PROCESO DE DIGESTIÓN ANAEROBIA PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE RESIDUOS ORGÁNICOS Y/O AGUAS RESIDUALES. Universidad de Piura. Facultad de Ingeniería.JOSE ANDRES MERCHAN CUERVO, JOHN PAUL HERRERA ALZATE. DESARROLLO DE UN SISTEMA DE CONTROL PARA EL ACONDICIONAMIENTO DE GAS DE SÍNTESIS Y BIOGÁS EN LA ALIMENTACIÓN DE UN MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA. FUNDACIÓN UNIVERSIDAD DE AMÉRICA, BOGOTÁ D.C.,2017Juan Pablo Saldarriaga García, Andrés Felipe Uribe Sánchez. Sistema de control de un biodigestor para producción de biogás. Instituto Tecnológico Metropolitano, MedellÍn,2019ALEX YOVANNY MORENO JIMÉNEZ JAIME FRANCISCO MORENO CÓRDOBA. DISEÑO DE REACTOR CILÍNDRICO PARA PRODUCCI´ON DE BIOGÁS, APROVECHANDO EL ESTIÉRCOL BOVINO EN LA FINCA LA ESPERANZA MUNICIPIO DE PUPIALES. Y REDUCIR EL HIDRÓXIDO DE AZUFRE.UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA, PEREIRA- RISARALDA 2022Tissot Pose, Nicolás Julian. 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La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorización es original y la realicé (realizamos) sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto, mi (nuestra) OBRA es de exclusiva autoría y tiene la titularidad sobre la misma. PARAGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamación o acción por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la OBRA en cuestión, El (los) Autor(es), asumirá (n) toda la responsabilidad, y saldrá (n) en defensa de los derechos aquí autorizados. Para todos los efectos La Universidad actúa como un tercero de buena fe. Manifiesto (manifestamos) que soy (somos) conocedor (es) del alcance mundial de la publicación de mi (nuestra) obra en internet y específicamente en el Repositorio Institucional. Manifiesto (manifestamos) que mi (nuestra) OBRA no está limitada ni protegida por ningún acuerdo de confidencialidad, no es un secreto industrial, no es una invención patentable y no cuenta con ningún otro tipo de restricción para su publicación. Acepto (aceptamos) que la autorización se hace a título gratuito, por lo tanto, renuncio (renunciamos) a recibir pago alguno por su distribución, comunicación pública y cualquier otro uso que se haga en los términos de la presente licencia. Autorizo (autorizamos) a la Universidad Tecnológica de Pereira para incluir la presente OBRA en los índices y buscadores que la Universidad estime convenientes para su visibilidad. Acepto (aceptamos) que la Universidad Tecnológica de Pereira convierta el documento en cualquier medio o formato para su preservación digital. En constancia de lo anterior, autorizo (autorizamos) publicar mi (nuestra) OBRA bajo las Licencias Creative Commons 4.0 (cuyo texto se puede consultar en: http://creativecommons.org/licenses/): Se autoriza el uso comercial de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ Se autorizan modificaciones de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ “Los derechos de autor recaen sobre las obras científicas, literarias y artísticas en las cuales se comprenden las creaciones del espíritu en el campo científico, literario y artístico, cualquiera que sea el modo o forma de expresión y cualquiera que sea su destinación, tales como: los libros, folletos y otros escritos; las conferencias, alocuciones, sermones y otras obras de la misma naturaleza; las obras dramáticas o dramático-musicales; las obras coreográficas y las pantomimas; las composiciones musicales con letra o sin ella; las obras cinematográficas, a las cuales se asimilan las obras expresadas por procedimiento análogo a la cinematografía, inclusive los videogramas, las obras de dibujo, pintura, arquitectura, escultura, grabado, litografía; las obras fotográficas a las cuales se asimilan las expresas por procedimiento análogo o la fotografía; las obras de artes plásticas; las ilustraciones, mapas, planos, croquis y obras plásticas relativas a la geografía, a la topografía a la arquitectura o a las ciencias, en fin, toda producción del dominio científico, literario o artístico que puedan producirse o definirse por cualquier forma de impresión o de reproducción, por fonografía, radiotelefonía o cualquier otro medio conocido o por conocer”. (Artículo 2 de la ley 23 de 1982).open.accesshttps://dspace7-utp.metabuscador.orgRepositorio de la Universidad Tecnológica de 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