Diseño del sistema de control de temperatura para un prototipo de una incubadora abierta de una IPS de alta complejidad

En el siguiente trabajo de ingeniería se presenta el desarrollo de la adaptación del prototipo de sistema de control para una cuna de calor radiante de referencia PHOENIX NOC-100. El objetivo principal es diseñar un controlador el cual permita mantener una temperatura estable con punto de consigna d...

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Autores:
Yi Villamizar, Carlos Daniel
Vera Amador, Nicolás
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2024
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
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Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/20.500.12749/26793
Palabra clave:
Mechatronic
Radiant heat cradle
Temperature control
Internet of things (IOT)
PID control
Prototype development
Mathematical models
Simulation methods
Devices with built-in Internet
Embedded computer systems
Mecatrónica
Desarrollo de prototipos
Modelos matemáticos
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Control de temperatura
Internet de las cosas (IoT)
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License
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description En el siguiente trabajo de ingeniería se presenta el desarrollo de la adaptación del prototipo de sistema de control para una cuna de calor radiante de referencia PHOENIX NOC-100. El objetivo principal es diseñar un controlador el cual permita mantener una temperatura estable con punto de consigna dentro del rango de los 36°C y 38°C, el cual permitirá generar un ambiente adecuado para un recién nacido. En las siguientes secciones se tratarán las etapas de reconocimiento del prototipo; diseño del sistema electrónico; modelamiento matemático; diseño de controladores y finalmente implementación y pruebas finales.
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El objetivo principal es diseñar un controlador el cual permita mantener una temperatura estable con punto de consigna dentro del rango de los 36°C y 38°C, el cual permitirá generar un ambiente adecuado para un recién nacido. En las siguientes secciones se tratarán las etapas de reconocimiento del prototipo; diseño del sistema electrónico; modelamiento matemático; diseño de controladores y finalmente implementación y pruebas finales.LISTA DE TABLAS ..................................................................................................5 LISTA DE FIGURAS................................................................................................6 RESUMEN...............................................................................................................8 1. INTRODUCCIÓN. ..........................................................................................9 2. OBJETIVOS.................................................................................................10 2.1 OBJETIVO GENERAL.............................................................................10 3. ESTADO DEL ARTE....................................................................................11 4. INCUBADORA NEONATAL.........................................................................15 4.1 REQUISITOS ESTABLECIDOS POR LA INSTITUCIÓN. .......................15 4.2 NORMATIVA POR CONSIDERAR PARA EL DESARROLLO DEL PROTOTIPO. .....................................................................................................17 4.3 ADECUACIONES FÍSICAS DEL PROTOTIPO. ......................................18 4.3.1 RECONOCIMIENTO DE LA PLANTA..............................................18 4.3.2 SENSOR CUTÁNEO........................................................................20 4.3.3 ETAPA DE CONTROL. ....................................................................23 4.3.4 DISEÑO E IMPLEMENTACION HMI................................................27 4.3.5 DISEÑO CAD Y CONSTRUCCIÓN DE PANEL FRONTAL. ............29 4.3.6 PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN Y CONEXIÓN IOT.................32 4.3.6.1 PROTOCOLO ESP-NOW.............................................................32 4.3.6.2 SERVIDOR IOT (BLYNK). ............................................................33 5. MODELAMIENTO Y SIMULACIÓN .............................................................36 5.1 DESARROLLO DEL SISTEMA MEDIANTE ECUACIONES DIFERENCIALES. ..............................................................................................36 5.2 CARACTERIZACIÓN PLANTA (ESTIMACIÓND DE PARÁMETROS). ..39 5.3 ANÁLISIS CFD. .......................................................................................41 5.4 COMPARACIÓN SIMULACIÓN RESPECTO A PRUEBAS LAZO ABIERTO............................................................................................................46 6. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE ESTRATEGIA DE CONTROL.............48 6.1 DISEÑO DE CONTROLADORES PID. ...................................................49 6.2 SIMULACIÓN Y COMPARACIÓN ENTRE CONTROLADORES. ...........51 6.2.1 RESPUESTA ANTE SEÑAL DE REFERENCIA VARIABLE. ...........51 6.2.2 RESPUESTA ANTE PERTURBACIÓN SIMULADA.........................52 6.3 IMPLEMENTACIÓN DE CONTROLADOR EN SISTEMA EMBEBIDO. ..54 6.3.1 FILTRO BUTTERWORTH DIGITAL.................................................54 6.3.2 LÓGICA DE CONTROL AC DE LINEA. ...........................................56 7. RESULTADOS OBTENIDOS.......................................................................59 7.1 FABRICACIÓN PCB Y SOPORTE HMI ..................................................59 7.2 DESEMPEÑO CONTROLADOR SELECCIONADO................................61 7.3 PRECISIÓN DEL SENSOR CUTÁNEO. .................................................64 7.4 CLIENTE IOT. .........................................................................................65 CONCLUSIONES ..................................................................................................67 RECOMENDACIONES..........................................................................................70 ANÁLISIS CFD. ..................................................................................................70 HARDWARE.......................................................................................................70 SOFTWARE. ......................................................................................................70 DISEÑO DE CONTROLADORES. .....................................................................71 DISTRIBUCIÓN CARGAS OPERATIVAS..........................................................71 BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................72 ANEXOS................................................................................................................75PregradoThe following engineering work presents the development of the adaptation of the control system prototype for a PHOENIX NOC-100 radiant heat crib. The main objective is to design a controller that allows maintaining a stable temperature with a set point within the range of 36°C and 38°C, which will allow generating an adequate environment for a newborn. The following sections will cover the stages of prototype recognition; electronic system design; mathematical modeling; controller design and finally implementation and final testing.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Diseño del sistema de control de temperatura para un prototipo de una incubadora abierta de una IPS de alta complejidadDesign of the temperature control system for a prototype of an open incubator for a highly complex IPSIngeniero MecatrónicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronicRadiant heat cradleTemperature controlInternet of things (IOT)PID controlPrototype developmentMathematical modelsSimulation methodsDevices with built-in InternetEmbedded computer systemsMecatrónicaDesarrollo de prototiposModelos matemáticosMétodos de simulaciónDispositivos con internet integradoSistemas de computador embebidosCuna de calor radianteControl de temperaturaInternet de las cosas (IoT)[1] A. 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