Diseño, implementación y comparación de controladores PID y lógica difusa para mejorar la eficiencia energética de un horno electrico doméstico en Lima, año 2024

• Autores: Castillo Morales, Flavio Jesus, Cumpa Ramirez, Cristian Humberto
• Formato: tesis de grado
• Fecha de Publicación: 2024
• Institución: Universidad Tecnológica del Perú
• Repositorio: UTP-Institucional
• Lenguaje: español
• OAI Identifier: oai:repositorio.utp.edu.pe:20.500.12867/13696
• Enlace del recurso: https://hdl.handle.net/20.500.12867/13696
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: Control difuso; Control PID; Regulazación de temperatura; https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.11.03

Esta tesis desarrolla, implementa, analiza y compara el desempeño de dos estrategias de control, PID y lógica difusa, para optimizar la regulación de temperatura en un horno eléctrico doméstico. La investigación parte de la problemática de la falta de un control preciso en estos dispositivos, lo que afecta la eficiencia energética y la calidad de la cocción. Se desarrolla un modelo térmico del horno, sobre el cual se implementan ambos controladores. El control PID se sintoniza utilizando métodos clásicos como el primer método de Ziegler-Nichols, evaluando su capacidad para reducir el error en estado estacionario y mejorar la estabilidad del sistema. En paralelo, se diseña un controlador difuso, basado en reglas heurísticas y funciones de membresía, buscando una respuesta más flexible y adaptable ante variaciones en la dinámica del sistema. La comparativa se realiza mediante pruebas experimentales analizando la respuesta al escalón, sobreimpulso. Los resultados muestran que el control PID ofrece mayor precisión en valores de referencia bajos (3.25% frente a 3.81% del control difuso), mientras que el control difuso demuestra ser más preciso ante altos valores de referencia (1.45% frente a 1.88% del PID). Con la aplicación de un controlador digital que regula la temperatura se puede disminuir el error existente en estado estacionario y los sobreimpulsos registrados en la temperatura no alcanzan niveles que comprometan la correcta cocción de los alimentos. Al analizar los datos obtenidos en las pruebas, se determina que el consumo de energía eléctrica se logra reducir hasta en 90 % para el caso de funcionamiento con valor de referencia a 100 °C, alcanzando errores menores a 5 °C. Por su lado, con el control difuso se comporta mejor en altas temperaturas (> 180 °C) con porcentajes de error menor al 1 %, pero no logrando el mismo ahorro que genera el controlador PID.