Sistema de control proporcional-integral-derivativo en un secador solar tipo invernadero

Abstract

El sistema secador solar tipo invernadero (SSSTI) representa una alternativa sustentable para la deshidratación óptima de productos agrícolas, debido a que aprovecha la energía solar, permite controlar tanto la temperatura del aire como del producto y protege el material de la intemperie y agentes contaminantes. Sin embargo, sin un sistema de control apropiado, el aire dentro del SSSTI puede alcanzar temperaturas superiores a 60 °C, lo que puede representar un riesgo de salud para la supervisión directa del operador y afectar negativamente la calidad final del producto. Por lo anterior, la presente investigación integra el diseño y evaluación de dos desarrollos tecnológicos orientados a mejorar la eficiencia y seguridad del secado solar: un dispositivo de medición continua de peso del producto y un sistema de control automático Proporcional-Integral-Derivativo (PID). Para la medición en tiempo real del peso del producto durante el proceso de secado, se construyó una balanza electrónica utilizando una celda de carga PA1 y un amplificador HX711. La calibración de la balanza permitió obtener una ecuación lineal que corrigió la variación del sensor por efecto térmico. En los experimentos realizados de deshidratado de jitomate con temperaturas que varían entre 40 °C y 70 °C, la balanza construida mostró alta precisión y una correlación casi perfecta (R = 0.99) con respecto a una balanza comercial, aunque se detectó diferencia significativa a 60 °C. Además, se diseñaron y evaluaron tres estrategias de control: controlador PID de la temperatura del aire, controlador PID basado la temperatura del producto del producto y un controlador ON/OFF de la temperatura del aire. Para el diseño de los controladores se obtuvieron funciones de transferencia de primer orden con retardo mediante un procedimiento de identificación de sistemas que usó un algoritmo de optimización por enjambre de partículas (PSO). Los resultados experimentales mostraron que el control PID del producto permite reducir el tiempo de secado, el consumo energético y la oscilación térmica, manteniendo la temperatura del producto por debajo de 55 °C.