Este documento presenta el diseño de un sistema de control de temperatura para un horno a escala. Se construirá un horno con un sensor LM35 para medir la temperatura y un microcontrolador PIC16F877A para regular la fuente de calor y mostrar la temperatura en un display LCD. El objetivo es obtener un modelo matemático del horno y validar un controlador que mantenga automáticamente la temperatura deseada.

1. ANTEPROYECTO, CONTROL, SEBASTIAN CAMEN, DAVID AVILA
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Abstract— This document presents the idea to the start of the
project, the plant of the system, which is an oven which you want
to automatically control the temperature, a theoreticalframework
which outlines the theory of control, parts of the plant and the
transducer with which will be the measurement of the variable
chosen (temperature) inside the oven will be built.
Resumen—En este documento se presenta la idea para el inicio
del proyecto de control, se construirá la planta del sistema, la cual
es un horno al que se le quiere controlar automáticamente la
temperatura, un marco teórico en el cual se expone la teoría de
control, partes de la planta y el transductor con el cual se realizara
la medición de la variable escogida (temperatura) dentro del
horno.
Palabras Clave—Sensor, Temperatura, Microcontrolador,
Modelado, Variable.
I. INTRODUCCIÓN
n la actualidad el controlde la temperatura es una parte muy
importante para algunos procesos sumamente delicados,
como el de los alimentos y los medicamentos donde la falta
de control del nivel de temperatura puede ocasionar pérdidas o
daños en el producto, y otros no tan delicados como la
calefacción en el hogar, la elaboración de algunos elementos
como ladrillos, cerámicas, elementos de plástico, para
incubadoras en el desarrollo de neonatos y cría de animales etc.,
para estos procesos también se debe lograr tener un control en
los niveles de temperatura puesto que sillegan a exceder rangos
límites de temperatura podría afectar el debido funcionamiento
de algún proceso. Debido a lo anterior se generó la necesidad
de controlar la temperatura de un determinado sistema para
mejorar la calidad del proceso y tener un óptimo
funcionamiento del mismo.
Para este proyecto se diseñará el control para la temperatura
de un horno, a través de las técnicas y conocimiento que se
vayan adquiriendo durante el curso, se utilizará como
transductorel sensorLM35 el cual es el encargado de sensarla
temperatura del entorno, este lleva la información a un
microcontrolador el cual es el encargado de mostrar en una
pantalla la temperatura actual y dependiendo de ese valor
encender o apagar la fuente de energía calórica.
8 de Febrero de 2016
Presentado al profesor Orlando Harker Sánchez.
Juan Sebastian Camen González estudiante de ingeniería eléctrica de la
universidad Distrital Francisco José de Caldas.
(jscameng@correo.udistrital.edu.co)
David Ricardo Ávila Calderón estudiante de ingeniería eléctrica de la
universidad Distrital Francisco José de Caldas. (craaps4@gmail.com)
II. OBJETIVOS
A. Objetivo General
Diseñar un control de temperatura en el horno a escala, con
los conocimientos y técnicas que se aprenderán durante el
curso.
B. Objetivos Específicos
 Construir un horno a escala con bajas temperaturas
para realizar el modelamiento de su comportamiento
dinámico.
 Obtener el modelo matemático de la planta en función
de la temperatura y hacer su validación.
 Implementar un sistema de control robusto para la
regulación de la temperatura
 Validación del modelo en base a la salida requerida.
 Implementar un control automático capaz de regular
eficazmente la temperatura en el horno
III. MARCO TEÓRICO
A. Modelo
Un modelo de un sistema es básicamente una herramienta
que permite responderinterrogantes sobre este último sin tener
que recurrir a la experimentación sobre el mismo. Es una
representación siempre simplificada de la realidad (si el sistema
físico existe) o es un prototipo conceptual(proyecto del sistema
Físico). [1]
B. Tipos de Sistemas
Un sistema es una combinación de componentes que actúan
en conjunto para realizar un determinado proceso.
 Sistemas estáticos: un sistema estático es en el que la
salida del sistema no cambia si la entrada no cambia.
[2]
 Sistemas dinámicos: la salida de este sistema no
permanece en un estado estable puede depender de
diversas variables que actuaron en el presente o
pasado. [2]
 Sistemas Lineales: son sistemas que se pueden
modelar con ecuaciones lineales, está compuesto por
varias entradas, su salida puede calcularse por la
sumatoria de respuestas individuales (superposición).
[2]
Control de Temperatura en un Horno
Juan Sebastián Camen González 20132007016, David Ricardo Avila Calderón 20132007104
E

2. ANTEPROYECTO, CONTROL, SEBASTIAN CAMEN, DAVID AVILA
 Sistemas No Lineales: se representan por medio de
ecuaciones no lineales pero pueden llegar analizarse
por algunas técnicas de ecuaciones diferenciales
lineales. [2]
C. Sistema de Control
Un sistema de control es un conjunto de dispositivos
encargados de administrar, ordenar, dirigir o regular el
comportamiento de otro sistema, con el fin de reducir las
probabilidades de fallo y obtener los resultados deseados. Por
lo general, se usan sistemas de control industrial en procesos de
producción industriales para controlar equipos o máquinas.
Existen dos clases comunes de sistemas de control, sistemas
de lazo abierto y sistemas de lazo cerrado. En los sistemas de
control de lazo abierto la salida se genera dependiendo de la
entrada; mientras que en los sistemas de lazo cerrado la salida
depende de las consideraciones y correcciones realizadas por la
retroalimentación. Un sistema de lazo cerrado es llamado
también sistema de control con realimentación. Los sistemas de
control más modernos en ingeniería automatizan procesos en
base a muchos parámetros y reciben el nombre de controladores
de automatización programables (PAC). [3]
D. Horno y Temperatura
Los hornos son equipos que operan a temperatura superior a
la ambiental y que calientan piezas en su interior por acción
directa o indirecta de su fuente de calor. [4]
En este modelamiento la temperatura es la variable
fundamental, puesto que es la salida que se quiere regular en el
sistema, la temperatura es la medida o magnitud escalar que
mide la energía de un sistema, como por ejemplo el horno con
su sistema de control de temperatura que se desea modelar.
“Una experiencia común es que una taza de café caliente
colocada sobre una mesa se enfríe con el tiempo, y que una
bebida fría se entibie en algún momento. Cuando un cuerpo se
pone en contacto con otro que está a una temperatura diferente,
el calor se transfiere del que está caliente al frío hasta que ambos
alcanzan la misma temperatura. En ese punto se detiene la
transferencia de calor y se dice que los dos cuerpos han
alcanzado el equilibrio térmico. Para el cual el único
requerimiento es la igualdad de temperatura”. [5]
Fig1. Horno de varios puestos
E. Transductor o Sensor LM35
Es un sensor de temperatura con una precisión de 1ºC. Su
rango de medición abarca desde los -55ºC hasta 150ºC. Como
se puede observaren la Fig. 2 es un dispositivo pequeño el cual
posee tres pines dos (1,3) para energizar el dispositivo y una
tercera (2) en la cual nos proporciona una salida equivalente al
nivel de temperatura. La salida es lineal y cada grado equivale
a 10mV por lo tanto:
150ºC equivalen a 1500mV
-55ºC equivalen a -550mV [7]
Fig. 2. Sensor de Temperatura con indicador en sus pines.
F. Conversor AD
Un conversor o convertidor de señal analógica a digital es un
dispositivo electrónico capaz de convertir una señal analógica,
ya sea de tensión o corriente, en una señal digital mediante un
cuantificador y codificándose en muchos casos en un código
binario en particular. Donde un código es la representación
unívoca de los elementos, en este caso, cada valor numérico
binario hace correspondera un solo valor de tensión o corriente.
Para convertir una señal analógica en digital, el primer paso
consiste en realizar un muestreo (sampling) de ésta, o lo que es
igual, tomar diferentes muestras de tensiones o voltajes en
diferentes puntos de la onda senoidal. La frecuencia a la que se
realiza el muestreo se denomina razón, tasa o también
frecuencia de muestreo y se mide en kilohertz (kHz). En el caso
de una grabación digital de audio,a mayor cantidad de muestras
tomadas, mayor calidad y fidelidad tendrá la señal digital
resultante.
Fig.3 pasos del conversor

3. ANTEPROYECTO, CONTROL, SEBASTIAN CAMEN, DAVID AVILA
Fig.4 esquema de un conversor AD
G. Microcontrolador
Los microcontroladores son dispositivos electrónicos que,
valga la redundancia, sirven para controlar, en la planta que se
quiere construir, el microcontrolador se encarga de obtener un
valor físico de temperatura por medio de un sensor, este
compara el valor obtenido con uno de referencia que se necesite
para el proceso en particular del horno, dependiendo este valor
el microcontrolador enciende o apaga la fuente de calor para
lograr la temperatura de referencia.
Los microcontroladores generalmente tienen instrucciones
especiales que permiten controlar procesos como el indicado
anteriormente y otros más complejos; todo depende de la
habilidad del programador para generar el código para manejar
el proceso.Un microcontrolador es simplemente un procesador
con memoria ROM y RAM, puertos de E/S y otros dispositivos
de propósito especial como conversores A/D, contadores,
temporizadores y puertos de comunicación, o en otras palabras
es un microcomputador con funciones especiales. [6]
PIC 16877A: este microcontrolador es el que se usará en la
construcción de la planta, cuenta con una memoria flash de 14
KB, RAM de 368 bytes, un cristal de oscilación de 4 MHz, un
conversorA/Dy un rango de funcionamiento de -44°C a 125°C
y de 2 V a5.5 V.
Fig. 5 Microcontrolador Microchip PIC16F877A.
H. Display LCD 16x2
Es un elemento electrónico, que tiene la capacidad de mostrar
caracteres con el fin de transmitir mensajes al usuario,lo que se
pretende es obtener una visualización de la temperatura en el
horno y la de referencia para poder ajustarla al requerimiento
dado.
Fig. 6. Display Mostrando: “este es un display LCD de 2x16 líneas”.
IV. DIAGRAMA DE BLOQUES
Fig. 7. Diagrama de Bloques del sistema horno y control de temperatura.
Como se puede observaren la Fig. 6. el diagrama de bloques
presenta una bucla típica (lazo cerrado), en este se presenta un
sumador en el cual entran las señales de referencia dadas por el
usuario y la dada por el sensorcomo parte del error en la planta,
a partir de esto el control toma la señal del sumador y toma una
acción, encender o apagar la fuente de calor dependiendo si la
entrada está pordebajo o por encima de la temperatura deseada,
con esto realizado, la planta (horno), entrega su salida de
temperatura que toma el sensor nuevamente.
REFERENCIAS
[1] Ensayo “modelado de sistemas dinámicos” [online] disponible en:
http://www.matcuer.unam.mx/~victor/Sistemas/modelado_sistemas_din
amicos.pdf
[2] Jaramillo, Adolfo.“Apuntes de Clase”, Análisis de Sistemas Dinámicos,
Universidad Distrital Francisco José de Caldas.
[3] Revista sistemas de control , 2015, [online] disponible en:
http://lazocerrado.com/sistemas-de-control-industrial-en-lazo-abierto-y-
lazo-cerrado
[4] Gas Natural Fenosa, 2015, [online] disponible en:
http://www.empresaeficiente.com/es/catalogo-de-tecnologias/hornos-
electricos
[5] Cengel A Yunes, Boles A. Michael Termodinámica, 7ma ed., Ed. Mc
Graw Hill, 2012
[6] UniversidadNacional de Colombia, Sede Bogota. Microcontroladores.
www.virtual.unal.edu.co. Disponible en:
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2000477/lecciones/110
701.htm
[7] Datasheet PIC16F877A [online] disponible en:
http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?product=PIC16
F877A