UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNAESCUELA PROFESIONAL DE INGENERIA ELECTRONICA

FACULTAD DE INGENERIA

TRABAJO DE INVESTIGACION MODELO DE UN SISTEMA FISICO

DOCENTE MAG. ABEL ARGUM SOTOMAYOR

ALUMNO CANDIDO MOLANES MIOVICH

CURSOCONTROL ANALOGICO

TACNA - PERU

AO

2014

INDICE

1. Problema planteado .. Pag. 2

2. Justificacin del problema a resolver .. Pag. 2

3. Objetivos de la investigacin Pag. 2

4. Marco terico ... Pag. 3-6

5. Metodologa de la investigacin ... Pag. 7

6. Procesamiento de los datos de la investigacin Pag. 7,8

7. Resultados obtenidos . Pag. 8

8. Conclusiones Pag. 9

9. Observaciones ......... Pag. 9

10. Bibliografa . Pag. 10

11. Sofware utilizado..Pag. 10

1. PROBLEMA PLANTEADO

Porque es que debemos construir un acuario en nuestro laboratorio de investigacin CINADE, y por qu comenzar con el modelamiento fsico para controlar la variable ph ?

2. JUSTIFICACION DEL PROBLEMA A RESOLVER

Este proyecto se realiza con el de eliminar la dependencia que tiene un acuario con respecto a una persona, todo se empezara con un modelamiento fsico de dicho problema. Como sabemos los peces marinos son ms sensibles a las variaciones, el mar es mucho ms estable que cualquier rio o lago ya que ah su ph balanceado se lo entrega la naturaleza. Se presenta el problema de estar teniendo que ir a traer agua o preparar a partir de base de agua dulce con sales marinas (muy diferente a la sal comn) para la vivencia de los animales marinos.El avance en el conocimiento y el desarrollo de la cra de peces, la tecnologa y las sales marinas hizo que se popularizasen los acuarios marinos, gracias a ello es posible montar un acuario de arrecife domstico, pero lo cual con lleva a ciertos cuidados que necesitan dela presencia de gente. El mercado mundial mueve cerca de mil millones de dlares por ao, y la industria de equipamientos y accesorios (incluyendo libros y revistas sobre el tema) es de ms de 15.000 millones de dlares, en Estados Unidos la acuario filia ocupa el tercer lugar en el orden de pasatiempos ms practicados En Japn existen cerca de 1,2 millones de acuaristas, se tiene un mercado muy amplio en el cual se puede explotar.

3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION

En la Universidad Privada de Tacna no hay ninguna pecera en las cuales puedan vivir peces de mar, por lo cual quiero lograr disear e implementar una, empezando con un modelo fsico para controlar la variable ph y asi llegarla automatizarla por completo con la ayuda de mi docente Mag. Abel Argume , ya que hemos visto indispensable tener una pecera que no tenga la intervencin de limpiarla, cambiar el agua, ver el control de temperatura ,alimento,iluminacin,etc. Con el objetivo indicado, el presente proyecto tiene como finalidad proveer un modelo fisico del futuro sistema automatizado de una pecera, se lograra que la variable ph sea estable,eficiente y que brinde una completa seguridad para la vida de estos animales de mar.

4. MARCO TEORICO

Funcionamiento bsico un modelo fsico de un controlador de ph.En la figura 1 se muestra un sistema sencillo del control de ph en la pecera. Los elementos de este sistema son esencialmente los mismos que los de un sistema manual. La diferencia radica en que la variable PH del proceso est controlada automticamente por instrumentos y no manualmente por medio de un operario. Los instrumentos de control de este ejemplo incluyen : (1) Un ph-metro que percibe los cambios de la variable controlada; (2) un trasmisor que trasforma los cambios de la variable controlada en una seal; (3) un regulador que compara la seal del trasmisor con una graduacin que representa el nivel deseado de agua o sales : cloro, sodio, magnesio, sulfuro, calcio, potasio ; (4) Una vlvula de control que ajusta el nivel de agua o sales para que aumente o disminuya el ph hasta que regrese al nivel deseado.

Fig.1 sistema sencillo del control de ph en una pecera

Los cuatro elementos que aparecen en la fig.1, tambin se pueden identificar en trminos ms generales, que son comunes en otros sistemas de control automtico. La fig.2 es el diagrama de bloques de un sistema normal de control automtico del ph. El diagrama de bloque de esta figura representa la accin de control de la acidez (pH) del agua que depende de la acidez real del agua, medida en todo momento por el ph-metro, realiza dos funciones la de comparador y el de medidor, si el sistema lo requiere, la accin de control se efectuara.

Fig.2 Diagrama de bloques del control sobre la variable PH

4.1 Modelamiento matemtico

La aplicacin de las EDO a mezclas de substancias, considere una pecera que contiene V0 mililitros con s0 libras de sal. Otra solucin salina que contiene libras de sal por mililitro, se vierte en eltanque a una tasa de n mililitros por minuto, mientras que, simultneamente, la solucin bien mezclada sale del tanque a una tasa de m mililitros por minuto. Con la ecuacin que hallaremos lograremos obtener la siguiente informacin :

V (t) : Volumen (mil) de la solucin salina en tiempo t. C(t) : Concentracin de sal (lb/mil) que hay en tanque en tiempo t. Q(t) : Cantidad de sal (lb) que hay en el tanque en tiempo t.

El volumen en tiempo t est determinado por la frmula

La concentracin esta dada por :

Ahora podemos observar que :

Que es equivalente a :

Que viene siendo una ecuacin diferencial lineal donde podemos hallas la cantidad de sal en el acuario adems de la concentracin que ya vimos como hallar.

Ahora procederemos hallar la formula de pH y obtener la relacin pH con concentracin de sal en la pecera :

Determinacin de pH

cidoToda sustancia que, en disolucin acuosa, cede protones H+

Toda sustancia que acepta un par de electrones.BaseToda sustancia que en disolucin acuosa cede iones OH-

Toda sustancia que cede un par de electrones.La fuerza relativa con que muestran su carcter permite su clasificacin cuando a una sustancia cida le aadimos una bsica los OH- de sta reaccionan con los H+ del cido dando agua neutra H. Esto har que la acidez vaya disminuyendo. Si seguimos aadiendo base llegar un momento en que los OH- aadidos consumen exactamente los H+ que existen, en ese momento se alcanza el punto de neutralizacin. Una gota ms de OH- provocar que el medio sea bsico. Se llama pH a la inversa del log de la concentracin de in H+ Ahora veremos la relacin pH y concentracin de sal :

Si el agua tuviese la proporcin de un ion de H por cada milln de molculas(), Entonces su acidez o pH va ser de 6 y si fuese de molculas(), entonces nuestro pH seria 7 neutro.

.4.2 Informacin adicional a tomar en cuenta

El agua contiene iones libres negativos de hidroxilo(OH)e iones libre positivos de hidrogeno(H). La acidez de una solucin depende de la concentracin de iones de hidrogeno(expresado por el smbolo pH).El agua "neutra" consta de igual cantidad de iones hidroxilos y de iones de hidrogeno, habindose determinado, mediante mediciones, que existe un ion de cada tipo por cada 10.000.000 de molculas().Se dice, entonces, que el pH es neutro es 7.

Si el agua tuviese la proporcin de un ion de H por cada milln de molculas(), el pH seria 6, y as sucesivamente al aumentar la concentracin de un tipo de ion disminuye la del otro.

Los valores de pH varan entre 0 y 14. Un pH de 7 corresponde como se dicho un lquido neutro, por debajo de ese valor ser acido(puesto que la concentracin de iones de hidrogeno es mayor)y por arriba, alcalino.el agua corriente es ligeramente alcalina pero los animales de mar necesitan de 6 a 8 dependiendo su tipo, cual es la ms adecuada para la pecera y los tipos de animales marinos que vivirn.

Con una acides de 6.8 se favorece la secrecin de la piel de los peces,Protegindolos contra la infeccin. El secreto de conservar muchos alevines (cras recin nacidas) radica, generalmente, en el valor correcto del pH en el agua.

El pH del agua de una pecera aumenta durante el da, por la acumulacin del acido carbnico. Sin embargo, en un acuario con exceso de peces, mal aireado, el pH puede bajar a 5,5 o menos en pocas horas.

En general, los peces requieren que el agua sea ligeramente acida, pero algunos viven mejor si el agua es alcalina. Por este motivo es necesario conocer el mtodo apropiado para establecer la condicin imperante en la pecera. Algunas especies toleran amplios cambios de pH, pero otras no.

5. METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION

Las ppm(partes por milln o concentracin de una sustancia) de mi pecera tiene que estar 10000 ppm a 35000 ppm si esta concentracin es (mayor) mi vlvula activa el flujo de agua, si mi ppm es = entonces no se abre la vlvulaEste es para un caso estndar de animales de mar , pero como veremos mas adelante, se dividen en grupos de animales marinos, en los cuales su subsistencia con seguridad, estabilidad y bienestar dependen del pH pero en todos los casos no es lo mismo.En mi investigacin se presento un problema en particular que no lo tuve en cuenta al comienzo que es la evaporizacin del del agua ya que este cambia el pH de mi pecera por lo cual vi que se tenia que poner una sola valvula que controlara flujo de agua y flujo de sales minerales .

6. PROCESAMIENTO DE LA SEALSe realiz una simulacin con valores x con el software simulink y su respectivo equivalente de la funcin de transferencia.

7. RESULTADOS OBTENIDOS

Finalmente, de los resultados obtenidos en el funcionamiento del sistema, de la variable controlada pH y evaporacin del agua son eficiente y seguros pero aun no totalmente estables, va ha presentar un margen de desviacin o error ya que no hemos considera la temperatura que tambin hace que nuestro pH baja si es alta o baje si es alta la temperatura respectivamente, mrgenes que afectan a que se acelere el proceso biolgico del agua, la determinacin de la acidez del agua a la que esta sometida los animales marinos en la pecera, y a que se deteriore el estado natural del agua donde viven.

8. CONCLUSIONES

De lo antes expuesto se puede concluir que controlando el pH se puede mejorar las condiciones de vida de las especies que habitan en la pecera y que se brind un modelamiento satisfactorio, pero con observaciones que se darn mas adelante para una mejor vida de los mismos.

9. OBSERVACIONES

Se observ que el control del pH va ser efectivo pero no es lo suficientemente estable, para lo cual debemos considerar otras variables como temperatura suben o bajan el pH, La actividad biolgica de los animales marinos a travs de la respiracin, secrecin y digestin, y tambin del exceso de Produccin primaria (bacterias ,virus , sulfatos y fosfatos), pueden llegar a deteriorar el estado natural del agua y dificultar su control de pH. Adems se debe considerar la presin del aire, la iluminacin para lograr una mejor estabilidad en el control del pH.

Dependiendo de la especie de pez que habite en la pecera, algunas en su hbitat natural viven en ambientes ms obscuros, otros en ambientes ms claros que necesitan de la oscuridad para su descanso.

Si dejamos un ph-metro sin agua en la pecera se terminara estropeando.

Por ltimo, se debe ver la comida de los animales marinos ya que es distinta para las diferentes especies.

10. BIBLIOGRAFIA

11. SOFWARE UTILIZADO

Diseo de la pecera, SketchUp 2015 . Diagramas de bloques, SmartDraw CI, simulink . Representacion de funcin de transferencia, matlab .