Construcción de control PID de temperatura para muestras biológicas

Resumen

"En este trabajo se presenta el diseño e implementación de un sistema de control de temperatura para muestras biológicas, este se basa en un control PID programado en una tarjeta de microcontrolador ESP32. El sistema utiliza una celda Peltier montada sobre una placa de aluminio, que además de soporte sirve como disipador para la propia celda; arriba de la celda Peltier se colocó un depósito que fue diseñado e impreso en 3D para contener la muestra biológica. El arreglo permite la aplicación de gotas de una disolución, similar a la lágrima, con el fin de estudiar su comportamiento bajo diferentes condiciones de temperatura y así entender la dinámica de evaporación involucrada. Para monitorear la temperatura y verificar que está dentro del rango deseado, que para este caso se estableció un rango de 30 a 40ºC, se utiliza un termistor de película delgada, colocado entre la placa Peltier y el reservorio de la muestra, este termistor permite la retroalimentación del PID al ESP32, calcular el error entre la temperatura deseada y la actual en la placa y hacer el ajuste de la señal de control que se aplica a la compuerta de un MOSFET, para ello se usó la salida PWM de ESP32 con un ciclo de trabajo entre el 5 % y el 25 %; logrando que el MOSFET regulara el flujo de corriente aplicada a la celda Peltier, para que esta temperatura nunca supere la deseada por el usuario, tal como sucede por ejemplo, en el ojo humano. El sistema forma un lazo cerrado de control de temperatura, asegurando estabilidad térmica para experimentos de carácter biológico o físico. El desarrollo se realizó con un presupuesto reducido, priorizando precisión, estabilidad y facilidad de implementación. Los resultados experimentales mostraron una respuesta de tipo primer orden, con tiempo de retardo constante de 2 segundos y constantes de tiempo entre 22 y 25 segundos para el alcance de la temperatura deseada; la
ganancia del proceso se mantuvo entre 0.26 y 0.29, y el sistema alcanzó estabilidad térmica en menos de 30 segundos, con variaciones controladas y sin sobre impulsos significativos.