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Capítulo I EL PROBLEMA
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CAPITULO I
EL PROBLEMA
Todo estudio de investigación se orienta a la solución de determinada
problemática, como el presente problema en el área del laboratorio de
electrónica de la universidad Privada Dr. Rafael Belloso Chacín. Originando
la formulación de objetivos en procura de solucionar el problema presentado.
Estableciendo los objetivos generales y específicos; así como su formulación,
justificación y delimitación.
1. DESCRIPCION DE LA SITUACION OBJETO DE ESTUDIO
Desde sus comienzos la historia de la humanidad ha buscado la manera
de suplir todas sus necesidades. En virtud de ellos han surgido importantes
científicos en cada etapa socio-histórica. De ello importa destacarse que su
trabajo sin duda alguna ha contribuido al desarrollo tecnológico de la
actualidad. Entre estos acontecimientos el cual tuvo lugar tres siglos A.C en
manos del científico griego Ktisibios. Se explica que su diseño se basaba en
un nivel de depósito de agua pudiera subir de manera constante y salir al
caudal principal de almacenamiento de agua.
Importantes trabajos de control automático se desempañaron entre el que
destaca el de el ingeniero James Watt a finales del siglo XVII. Con el
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regulador de velocidad centrifugo que dio un impulso al desarrollo industrial,
paralelamente con la necesidad de un sistema de control que pudiera
manejar las variables físicas como temperatura, calor, presión entre otras.
Los reguladores de Watt suministraban una acción de tipo proporcional y el
control de velocidad solo era exacto cuando se aplicaba una carga mecánica.
Además de que; solamente podían operar en un reducido rango de
velocidades y necesitaban un continuo y costoso mantenimiento. En los
primeros setenta años del siglo XIX una vez caducado el trabajo de Watt. Se
realizaron grandes esfuerzos por mejorar el diseño de los reguladores,
muchos de ellos con el objetivo de reducir el offset. Entre estos inventos se
destaca los reguladores patentados por Williams siemens en 1846 y 1853
que sustituyeron la acción proporcional por integral. A lo largo del siglo XIX
se presentan diseños importantes como el regulador de velocidad para
turbinas de agua creado por Woodward en 1870.
En este ingenio se utilizaban el regulador centrifugo solo para accionar un
embrague que controlaba la transmisión de potencia a la admisión. Se aíslan
sensor y accionador incorporando en medio un amplificador de potencia por
lo tanto los servomotores adoptan la estructura funcional que se mantiene
hasta el presente. Los sistemas mecánicos se desarrollan hasta 1900,
entonces son superados por sistemas hidráulicos. Los motores eléctricos y el
desarrollo de la electrónica adquieren gran relevancia durante la segunda
guerra mundial desempeñando un gran papel en el desarrollo de la teoría
clásica de control. Hasta bien entrando al siglo XX las únicas herramientas
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analíticas que poseía el especialista en control era la utilización de
ecuaciones diferenciales ordinarias junto con criterios algebraicos para
determinar la posición de las raíces de la ecuación característica asociada.
Aplicando el criterio de Routh y Hurwitz el ingeniero determinaba la
estabilidad o no de los sistemas.
En razón a lo indicado, para los científicos de la época era muy difícil
encontrar un modelo matemático a través de las ecuaciones diferenciales,
esto suponía un arduo trabajo. Además, hay que destacar que los criterios
antes mencionados no ofrecen información de cómo mejorar la estabilidad
del sistema. A partir de ello la ingeniería de control se empieza a consolidar
cuando se produce el traslado y Aplicación de conocimientos adquiridos en
los problemas de amplificación de señales a los problemas de control
industrial. Estos estudios desembocan en la llamada teoría clásica de control,
donde se utilizaban como herramientas matemáticas, los modelos de
transformación de Laplace (1744), Fourier (1807) y la descripción externa de
los sistemas.
A partir de esta iniciativa dos (2) trabajos de singular importancia son
desarrollados por Minorsky y Hazen (1922) donde se reconoce la no
linealidad de los sistemas, aplica la linealizacion mediante el desarrollo en
serie de Taylor (1715). Su estudio también se enfocó en la estabilidad y los
efectos de los retrasos de información sobre la salida de los sistemas. En
cambio, Hazen analiza el funcionamiento de los servomecanismos utilizando
en su análisis estrada típica de escalón y rampa. El estudio de los
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servomecanismos y los reguladores en el domino de frecuencia se realiza al
obtenerse resultados sobre el diseño de los amplificadores de señal
realimentada.
El suceso que realmente marca la época en el desarrollo de los métodos
de frecuencia es la aparición del trabajo de Nyquist (1932), su trabajo se
basó en la estabilidad de sistema retroalimentados. Un gran estímulo para el
desarrollo de las técnicas de control lo constituyen las guerras mundiales
tanto en lo práctico como en lo teórico, dada la fuerte necesidad de sistemas
de control que funcionaria con los servos de los radares y el posicionamiento
de cañones. A partir del año 1955 se desarrollan los métodos temporales con
el objetivo de solucionar los problemas planteados en aplicaciones
aeroespaciales.
Es así como aparece un nuevo método de diseño de control, conocido a
partir de entonces como teoría de control moderna. Se basaba en
representar los sistemas viables de estado o representación interna y
trabajando casi exclusivamente en el dominio del tiempo. La teoría de control
moderna está basada en el concepto de estabilidad, sin embargo, los
criterios de controlabilidad y observalidad de sistemas dinámicos lineales se
debe a kalman. Luego Desde 1960 la teoría de control moderna se ha
desarrollado para enfrentar la creciente complejidades de las plantas
modernas y los requerimientos limitativos respectos a la precisión, peso y el
costo en aplicaciones espaciales e industriales.
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Los sistemas de control; actualmente, son más sofisticados que siglos
pasados ejemplo claro de ello es el PID este sistema viene determinado por
tres (03) parámetros: el proporcional, integrar y derivativo el desarrollo del
PID también está influenciado por el desarrollo en el campo de la
comunicación de datos de campo. Son entonando para su uso a través de
métodos como Ziegler - Nichols, Cohen-Coon entre otros; El PID es
necesario cuando se tiene un proceso de orden elevado y donde existe
sistemas con grandes retardos. Hasta los tiempos actuales en el cual se ha
producido un avance tecnológico que no alcanzado límite.
Desde el tubo de vacío o válvula termiónica la electrónica ha venido
siendo estudiada renovada e innovada anteriormente los dispositivos
electrónicos eran de gran tamaño lo que dificultaba aplicarlo a los inventos
de la época. Actualmente con la aparición de la electrónica digital y los
circuitos integrados donde también se mejora la eficiencia de trabajo y se
impulsa a la sociedad con la aparición de televisores. Teléfonos,
computadora, equipos médicos, lavadoras entre otras, donde la caractericas
de los dispositivos electrónicos se basan en el mismo principio, pero con la
ventaja de un tamaño mucho más reducido.
Esto trae como ventaja la aplicación de reingeniería a sistemas,
modificación de una pieza a un componente y una innovación tecnológica en
los equipos debido a los cambios bruscos que tiene la misma. La electrónica
y su aplicación en los sistemas de control han marcado la cotidianeidad de la
sociedad. El actual sistema de organización de las universidades requiere
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La revisión de planes y programas desarrollados por la gestión
universitaria. Todo enmarcado sobre la necesidad que tiene la educación
superior, en establecer estructuras de funcionamiento, con la fortaleza
suficiente para responder a las exigencias de los nuevos tiempos y plantear
los escenarios estratégicos, con la finalidad de adentrase al futuro.
Esto con la finalidad de hacer que los estudiantes tengan las herramientas
necesarias en al ámbito tecnológico para poder alcanzar un perfil profesional
completo que pueda dar lucha con los cambios tecnológicos actuales. Las
aplicaciones de la electrónica permiten realizar un sin fin de actividades
desde el área domestica hasta los procesos industriales más complejos y
como no mencionar el impacto que dicha rama ha causado en el sector de la
educación. En el caso de la Universidad Privada Dr. Rafael Belloso Chacín
del estado Zulia. El Laboratorio de electrónica viene desarrollando prácticas
para que el estudiante este potenciado en el uso de la tecnología de control
de procesos que viene evolucionando con el pasar de los años.
Desde sus inicios, la universidad ha tenido la idea fundamental de brindar
los equipos, módulos y sistemas de aprendizaje para una mejor calidad
académica de los participantes e instructores de dicha organización. Las
computadoras y módulos didácticos se han convertido en una herramienta
necesaria para el desarrollo de actividades diarias de los alumnos de
ingeniería, por ello la misma resulta ser uno de los elementos tecnológicos
más importantes al momento de definir la educación en base a la temática de
control de procesos durante la carrera de Ingeniería Electrónica en su
mención de Automatización y Control de Urbe.
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En la actualidad, el Laboratorio de electrónica está presentando
deficiencias en el cumplimiento del contenido de la materia de Sistemas de
Control I y II, debido a que el módulo de temperatura modelo G34/EV
presenta una avería en su funcionamiento en virtud de no responder a las
señales de entrada de los sensores de temperatura y no procesa la lógica de
control para el encendido de los sistemas de salida, con los cuales
interactúan los dispositivos optoacopladores que interconectan los
dispositivos de alta potencia (relés, tiristores, entre otros). El personal técnico
especializado se encarga del mantenimiento preventivo y correctivo a los
equipos del laboratorio de Urbe.
Para alcanzar ese propósito se ha realizado la revisión correspondiente
para mejorar las condiciones de dicho módulo, observándose (según los
señala un informe preliminar) presenta deficiencias en sus dispositivos; En
los elementos pasivos así como en la circuitería electrónica, situación
está que con lleva a desarrollar pautas de labor muy lentas e
inadecuadas a causa de componentes defectuosos, ocasionado por la falta
de stock de repuestos necesarios para mantenimiento preventivo y
correctivo, lo que ha originado la desactivación completa y
funcionamiento del módulo de temperatura y contribuyendo a bajar el nivel
educativo tecnológico que se venía estableciendo en dichas cátedras
de control.
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1.1. FORMULACION DEL PROBLEMA
Por lo antes expuesto permite a la siguiente interrogante:
¿Como aplicar una reingeniería al módulo de temperatura G34/EV para
las prácticas de controles de los estudiantes de la carrera ingeniería
electrónica?
2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION
A continuación, se indican los objetivos de la investigación.
2.1. OBJETIVO GENERAL
Desarrollar una reingeniería del módulo de temperatura modelo G34/EV
del laboratorio de electrónica.
2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Identificar las especificaciones técnicas del módulo de temperatura modelo
G34/EV del laboratorio de electrónica.
Determinar los dispositivos electrónicos averiados del módulo de
temperatura modelo G34/EV.
Diseñar una tarjeta electrónica para la reingeniería del módulo de
temperatura modelo G34/EV.
Establecer los costos de los componentes electrónicos necesarios para la
reingeniería del módulo de temperatura modelo G34/EV.
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Elaborar un manual de prácticas para el módulo G34/EV del laboratorio de
electrónica.
Realizar pruebas a la tarjeta electrónica para la reingeniería del módulo de
temperatura G34/EV del laboratorio de electrónica.
3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACION
La presente investigación se realiza debido al problema que surge en los
laboratorios de electrónica de la universidad Privada Dr. Rafael Belloso
Chacín que trae como consecuencia un menor desconocimiento acerca de
los sistemas de control de temperatura. Es necesaria la implementación de
una reingeniería al módulo G34/EV para que la universidad, profesor y
estudiante puedan ser fortalecidos antes una sociedad de cambios de
brusco. Además de que actualmente el sistema universitario exige para la
completa formación del profesional la utilización de tecnologías actuales.
La investigación se justifica desde los puntos de vista: Teórico, Práctico y
Metodológico: Teóricamente, este estudio busca ampliar y aplicar
conocimientos sobre los módulos de temperatura, las respectivas soluciones
a los procesos de control automatizados del sector industrial y la
funcionalidad del sistema de conmutación para la distribución adecuada de
temperatura a los edificios, laboratorios, entre otros del sector universitario de
Maracaibo.
Desde el punto de vista práctico, la investigación desarrollará la
propuesta de la reingeniería del módulo de temperatura G34/EV, así como el
diseño del sistema de control automático y manual del panel de transferencia
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que interconectará la tarjeta electrónica con los sensores de temperatura y
las salidas de optoacopladores, cuando se requiera la activación de sistemas
de alta potencia que regule la temperatura. Se establecerá un circuito
electrónico de control de temperatura basado en componentes integrados,
amplificadores operacionales (OPAM) y microcontroladores para la activación
del módulo de temperatura y contribuir en el aprendizaje del estudiante de la
carrera de Ingeniería de Electrónica.
Además, que los estudiantes van a poder vivir experiencias de manera
didáctica con el módulo de temperatura mediante este sistema se buscar
profundizar el área de controles que es importante para formación académica
del Ingeniero Electrónico. Además de que se utilizara la práctica y la teoría
para la obtener los resultados de un sistema de control.
Finalmente metodológicamente la presente investigación utilizará los
procedimientos de un proyecto factible, líneas metodologías para los tipos y
diseños de investigación, los aspectos importantes y aportes sobre sistemas
de control de temperaturas, la misma contiene información que puede ser
utilizada para futuros trabajo de investigación universitario como industriales
y domestico de modulo que controlen las variables físicas con sistemas
simples o tecnologías sofisticada como Arduino, PLC, PIC entre otras
4. DELIMITACION DE LA INVESTIGACION
El trabajo de investigación se realiza académicamente en la sede de la
Universidad Privada Dr. Rafael Belloso Chacín, Ubicada en la Zona Norte de
la ciudad de Maracaibo; Parroquia Juana de Ávila; AV. 16 (Guajira) con
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prolongación circunvalación 2 Sector Plaza de Toros. La propuesta
investigativa ocurre en tres (3) periodos académicos, comprendidos entre
enero-diciembre 2016.
El proyecto de investigación está enmarcado en el objetivo del Plan de La
Patria (2013-2019), referente al No. 1.1.5. El área Temática a desarrollar es
referente a la Sistemas de Control y Electrónica Aplicada, soportada los
autores bibliográficos: Angulo José (1981), Maloney (1997), Boylestad
(2010), Creuss (2006), entre otros.
