Este trabajo de grado presenta el diseño e implementación de un sistema automático de recolección y redistribución de aguas residuales provenientes de máquinas lavadoras hacia dos tanques secundarios, en una vivienda ubicada en la ciudad de Bogotá D.C. El sistema está dividido en dos fases principales: la fase de recolección de agua que opera mediante un controlador on-off bajo una máquina de estados y, la fase de redistribución del agua residual hacia tanques cuyo nivel es controlado a través de estrategias PID y PID-Difuso, todo esto soportado bajo la configuración y programación de una tarjeta Núcleo STM32F446RE con procesador ARM Cortex-M4.This undergraduate thesis presents the design and implementation of an automatic system for the collection and redistribution of wastewater from washing machines to two secondary tanks in a residential property located in Bogotá D.C. The system is divided into two main phases: the water collection phase, which operates using an on-off controller based on a state machine, and the wastewater redistribution phase to tanks whose levels are controlled through PID and fuzzy PID strategies. All of this is supported by the configuration and programming of an STM32F446RE Nucleo board with an ARM Cortex-M4 processor.1 INTRODUCCIÓN 17 2 PRELIMINARES 18 2.1 PLANTEAMIENTO Y DESCRIPCION DEL PROBLEMA 18 2.2 JUSTIFICACIÓN 20 2.3 OBJETIVOS 21 2.3.1 Objetivo general 21 2.3.2 Objetivos específicos 21 2.4 ALCANCE 21 3 ANTECEDENTES 22 3.1 PROYECTOS TECNOLÓGICOS ORIENTADOS A LA REUTILIZACIÓN DE AGUA RESIDUAL 22 3.2 PROYECTOS DE IMPLEMENTACIÓN DE CONTROL PID-DIFUSO EN CONTROL DE NIVEL DE TANQUES 23 4 MARCO TEÓRICO 26 4.1 MÁQUINA DE ESTADOS 26 4.2 CONTROL DE FASE VOLTAJE AC 26 4.3 CONTROL DE LLENADO DE FLUIDO 27 4.4 TIPOS DE SENSORES DE NIVEL 27 4.5 SISTEMAS DE CONTROL 28 4.5.1 Sistemas de control en lazo abierto y en lazo cerrado 29 4.6 IDENTIFICACIÓN DE SISTEMA 31 4.7 CONTROLADOR PID 32 4.8 LOGICA DIFUSA 33 4.8.1 Conjuntos difusos 34 4.8.2 Diseño de modelos difusos 34 4.8.3 Tipos de funciones de membresía 34 4.9 CONTROLADOR DIFUSO 36 4.9.1 Diseño de controladores de lógica difusa en lazo cerrado 38 4.10 CONTROLADOR PID DIFUSO 39 4.11 INDICADORES DE DESEMPEÑO 41 4.12 SISTEMAS DE CONTROL EN TIEMPO DISCRETO 42 4.12.1 Controlador PID en tiempo discreto 43 5 DESCRIPCION DEL SISTEMA 46 5.1 REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA 46 5.1.1 Atención a requerimientos de fase de recolección de agua 47 5.1.2 Atención a requerimientos de fase de redistribución de agua 48 6 PLANTA FÍSICA 49 6.1 DISEÑO DEL SISTEMA 49 6.1.1 Dispositivos seleccionados y justificación 49 6.1.2 Plano P&ID 51 6.1.3 Análisis de ubicación de la planta 53 6.1.4 Descripción de tubería y accesorios utilizados: 53 6.1.5 Características generales de Tanque Principal y tanques secundarios 54 6.1.6 Características generales de las máquinas lavadoras 55 6.1.7 Método de detección de caudal proveniente de las máquinas lavadoras 55 6.2 DISEÑO DE MÁQUINA DE ESTADO PARA LA FASE DE RECOLECCIÓN 58 6.3 SOFTWARE Y MÉTODO DE PROGRAMACIÓN 60 6.4 IMPLEMENTACIÓN Y MONTAJE DEL PROTOTIPO DEL SISTEMA 62 6.4.1 Diagrama y esquema eléctrico 63 6.4.2 Diagrama de conexión electrónico 64 7 CARACTERIZACIÓN DE LA PLANTA 65 7.1 DISPOSITIVO DIMMER DE VOLTAJE AC 65 7.2 CARACTERIZACIÓN DE SENSOR Y ACTUADOR FASE DE REDISTRIBUCIÓN 69 7.3 CODIFICACIÓN REALIZADA CON EL MÉTODO SIMULINK - STM32CUBEMX – KEIL 71 7.4 MÉTODO PARA LA RECEPCIÓN Y GRAFICACIÓN DE DATOS A TRAVÉS DEL CONTROLADOR 72 7.5 IDENTIFICACIÓN DEL MODELO DEL SISTEMA (FASE DE RE-DISTRIBUCIÓN) 73 7.5.1 Resultados y análisis de identificaciones realizadas. 74 7.5.1.1 Resultados de identificación de Tanque 1 74 7.5.1.2 Resultados de identificación de Tanque 2 78 8 SIMULACIÓN DE CONTROLADOR PID Y PID-DIFUSO PARA LAS PLANTAS EN MATLAB 82 8.1 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE CONTROLADOR PID 82 8.1.1 Simulación de Controlador PID para Tanque 1 82 8.1.2 Diseño de Controlador PID para Tanque 2 86 8.2 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE CONTROLADOR PID DIFUSO 89 8.2.1 Configuración de funciones de membresía y reglas de inferencia en Fuzzy Logic Designer de Matlab. 90 8.2.1.1 Configuración de Lógica difusa para Sistema de Tanque 1. 91 8.2.1.1.1 Funciones de Membresía de entrada 91 8.2.1.1.2 Funciones de Membresía de salida 93 8.2.1.1.3 Reglas lingüísticas 94 8.2.1.1.4 Respuesta del controlador PID-Difuso simulada en Matlab 96 8.2.1.2 Configuración de Lógica difusa para Sistema de Tanque 2. 97 8.2.1.2.1 Funciones de Membresía de entrada 98 8.2.1.2.2 Funciones de Membresía de salida 100 8.2.1.2.3 Reglas lingüísticas 102 8.2.1.2.4 Respuesta del controlador PID-Difuso simulada en Matlab 104 9 IMPLEMENTACIÓN EXPERIMENTAL DE CONTROLADOR PID Y PID DIFUSO SOBRE LAS PLANTAS 105 10 RESULTADOS Y ANALISIS 109 10.1 IMPLEMENTACIÓN EXPERIMENTAL DEL CONTROLADOR PID PARA TANQUE 1 109 10.2 IMPLEMENTACIÓN EXPERIMENTAL DEL CONTROLADOR PID PARA TANQUE 2 109 10.3 IMPLEMENTACIÓN EXPERIMENTAL DEL CONTROLADOR PID DIFUSO Y COMPARACIÓN CON CONTROLADOR PID PARA TANQUE 1 110 10.3.1 Implementación experimental del controlador PID Difuso y comparación con controlador PID para Tanque 2 112 11 CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO 116 12 REFERENCIAS 119PregradoIngeniero en MecatrónicaIngeniería Mecatrónica