Implementación de un sistema de control para el posicionamiento de malla sombra en un modelo a escala de cámara de ambiente controlado en función de la radiación solar

Abstract

En este trabajo se presenta la implementación de un sistema de control de lógica difusa para el posicionamiento de una malla sombra negra en un modelo a escala de cámara de ambiente controlado (CACO), en función de la radiación solar al interior. El desarrollo incluyo la construcción así como la instrumentación, calibración y puesta en marcha del equipo experimental. La construcción consistió en un sistema tipo guía que permitió plegar y desplegar la malla sombra en la parte superior del sistema CACO a una altura recomendada de acuerdo con la revisión bibliográfica y en función con la radiación solar deseada al interior GT2. En la etapa de instrumentación se colocó un sensor de radiación solar en la sección A y B por separado, así como también se utilizó el sensor de radiación solar de la estación meteorológica de la Universidad del Papaloapan campus Loma Bonita; los dos primeros sensores permitieron monitorear y controlar la radiación solar al interior de la CACO a través del posicionamiento de la malla sombra, mientras que el tercero permitió comparar el efecto de la radiación solar a través de la malla sombra y el plástico de polivinilo con respecto al medio ambiente exterior. De igual forma se instalaron sensores de temperatura y humedad relativa (HMP60) en cada sección de la CACO con la finalidad de medir y registrar sus comportamientos. La calibración consistió en recubrir con manguera plástica los cables que proporcionan la señal de los sensores de radiación solar, temperatura y humedad instalados al interior del modelo a escala, ya que al realizar una comparación con respecto a los sensores de temperatura y humedad del Extench Instrument RH520A se presentaron diferencias significativas con forme aumentaba la temperatura de los cables de los sensores. Por otro lado se ajustó el tiempo de retardo del sistema de control de lógica difusa logrando obtener un retardo de 2 segundos sin perturbar el sistema ante una respuesta rápida a los cambios existentes de radiación solar a lo largo del día. Finalmente calibrado el sistema se llevaron a cabo pruebas experimentales en la CACO con y sin malla sombra, posteriormente con malla sombra controlada. La primera y segunda prueba se realizó el día 7 de Agosto y 18 de Septiembre del 2015, comprendida durante las 8:30 am hasta las 6:00 pm, mientras que la tercera prueba experimental se llevó a cabo a lo largo de la semana del día 28 de Septiembre al 2 de Octubre del mismo año. De los resultados obtenidos se encontró que el uso de malla sombra en conjunto con el plástico de polivinilo reducen la radiación solar al interior en un 75%. Adicionalmente al controlar la radiación solar a través del pliegue y despliegue de la malla sombra, la radiación solar se mantuvo en un valor de referencia (191 W/m2) con una incertidumbre de ±10 W/m2, logrando además una disminución de la temperatura promedio en 5°C y del 40% al 50% en la humedad relativa al interior de la CACO. También, se encontró que el sistema de control tiene un mejor desempeño en los días parcialmente soleados que es cuando predomina la radiación solar difusa, mientras que para los días soleados el mejor control se presenta dos horas antes y después del medio día, que es cuando la radiación solar global predomina en la parte superior del modelo a escala, por lo que no es necesario orientar la CACO con respecto a la trayectoria aparente del sol.