Control avanzado de un sistema de bombeo para suministro de agua a presión constante y estable a un edificio

Abstract

En respuesta a las actuales demandas de eficiencia energética y control de presión en edificaciones residenciales e industriales, se han implementado sistemas de bombeo destinados a suministrar agua a presión constante. Sin embargo, los sistemas convencionales de control, basados en controladores proporcional-integral (PI), se centran únicamente en mantener suministro de agua a una presión constante cerca de la salida de las bombas, sin garantizarla en toda la edificación. El enfoque mencionado resulta ineficiente, ya que las pequeñas oscilaciones en la salida de la bomba se amplifican a medida que el punto de consumo se distancia, tanto vertical como horizontalmente. Esto se debe a la falta de consideración del comportamiento dinámico del proceso, que varía en función al consumo de agua, la presencia de no linealidades y retardos. La presente tesis aborda esta problemática mediante el desarrollo de un sistema de control para bombas, diseñado para suministrar agua a presión constante y estable en todo un edificio. La estrategia de control propuesta incorpora un conjunto de sensores, incluyendo uno en la descarga y otros distribuidos estratégicamente en la instalación. Para implementar este control, se derivó el modelo matemático del sistema de bombeo del edificio y se procedió a su linealización. El modelo obtenido no solo representa un avance significativo para investigaciones futuras en el control de sistemas de bombeo, con aplicaciones potenciales en sectores industriales, de construcción y saneamiento, sino que también se presenta una metodología detallada para el desarrollo del control propuesto. Esta metodología abarca el desacoplamiento del modelo linealizado de la planta, el diseño de controladores, la selección de escenarios para diversas demandas de caudal y el cálculo de parámetros de ganancia programada de los controladores. Las simulaciones realizadas demuestran la capacidad del sistema propuesto para lograr una presión más estable y constante en todo el edificio. Adicionalmente, se proporciona una metodología fundamentada teóricamente para el cálculo de parámetros de controladores. La tesis concluye con una propuesta de implementación práctica del control en un sistema de bombeo de agua a presión constante y estable en un edificio local, destacando su aplicabilidad en situaciones reales.