Resumen:
This research focuses on the development of a dynamic mechanism to regulate flow in piping networks, specifically designed to strengthen technical engineering education. The proposal addresses the urgent need to mitigate training deficiencies in experimental automation, facilitating the practical study of the relationship between valve positioning and flow rate behavior. During the execution phase, an operational prototype was manufactured, incorporating a globe valve, pressure transducers, flow sensors, a precision actuator, and an Arduino control board. The methodological process encompassed hydraulic modeling using EPANET 2.2 software, followed by the programming of a PID control algorithm and dynamic characterization through step response tests. The findings evidenced a solid correlation with the first-order plus dead time model, reaching 𝑅2 coefficients above 0.90 in all trials. Furthermore, a predominantly linear performance of the plug was verified within the evaluated working conditions. It is established that the equipment represents an efficient and cost-effective pedagogical solution, with an investment of USD 584,9 and minimal energy consumption during its use.
Keywords: PID Control, Dynamic Identification, Step Response, Laboratory Automation, EPANET.
Descripción:
Esta investigación se centra en el desarrollo de un mecanismo dinámico para regular el flujo en redes de tuberías, diseñado específicamente para fortalecer la formación técnica en ingeniería. La propuesta responde a la urgencia de mitigar las deficiencias formativas en automatización experimental, facilitando el estudio práctico de la relación entre el posicionamiento de válvulas y el comportamiento del caudal. En la fase de ejecución, se fabricó un prototipo operativo que incorporó una válvula de globo, transductores de presión, sensores de flujo, un actuador de precisión y una placa de control Arduino. El proceso metodológico abarcó el modelado hidráulico mediante el software EPANET 2.2, seguido por la programación de un algoritmo de control PID y la caracterización dinámica a través de pruebas de respuesta al escalón. Los hallazgos evidenciaron una correlación sólida con el modelo de primer orden con tiempo muerto, alcanzando coeficientes 𝑅2 por encima de 0.90 en la totalidad de los ensayos. Asimismo, se verificó un desempeño predominantemente lineal del obturador dentro de las condiciones de trabajo evaluadas6. Se establece que el equipo representa una solución pedagógica eficiente y rentable, con una inversión de USD 584,9 y un consumo de energía mínimo durante su uso.
