Control en cascada de un sistema térmico basado en módulos Peltier con asimetría y retardo para la simulación de la cadena de frío
DOI:
https://doi.org/10.17979/ja-cea.2026.47.13648Palabras clave:
Cadena de suministro poscosecha, Vida útil, Gemelo físico, Control en cascada PID, Módulos PeltierResumen
Las fluctuaciones térmicas en el transporte de perecederos comprometen gravemente su calidad, provocando desperdicios prematuros. Este estudio presenta el diseño de un sistema de control para una cámara climática de alta precisión basada en módulos Peltier, capaz de replicar en tiempo real los perfiles térmicos del transporte real. El sistema aborda desafíos como la asimetría dinámica y los retardos significativos mediante una arquitectura de control en cascada. Esta integra un lazo interno para las celdas Peltier y uno externo para la temperatura del aire, utilizando controladores PID de dos grados de libertad con esquemas anti-windup. Además, se emplea un Predictor de Smith para compensar el tiempo muerto e histéresis para gestionar la transición entre ciclos. Los resultados demuestran una alta precisión en el seguimiento de consignas variables, validando el sistema como un gemelo físico eficaz para evaluar la vida útil de los alimentos mediante modelos predictivos y optimizar la cadena de poscosecha.
Referencias
ASHRAE. (2014). ASHRAE Handbook - Refrigeration. www.ashrae.org
Charpe, A. M., Sedani, S. R., Murumkar, R. P., & Bhad, R. G. (2019). Effect of Temperature on Microbial Growth in Food During Storage. ISSN 2277-7601.
FAO, IFAD, UNICEF, WFP, & WHO. (2024). The State of Food Security and Nutrition in the World 2024. https://doi.org/10.4060/cd1254en
Garrido-López, J. et al. (2024). Monitoring Perishable Commodities Using Cellular IoT: An Intelligent Real-Time Conditions Tracker Design. Applied Sciences, 14(23), 11050. https://doi.org/10.3390/APP142311050
Garrido-López, J. M. et al. (2026). Designing a Static Counterpart for fruits and vegetables in transit to accurately replicate highly time-dependent environmental conditions. International Journal of Heat and Mass Transfer, 261, 128556. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2026.128556
Hussain, W. et al. (2025). Comprehensive review on thermoelectric materials principles, synthesis, Nanostructuring and advance applications. International Communications in Heat and Mass Transfer, 169, 109672. https://doi.org/10.1016/J.ICHEATMASSTRANSFER.2025.109672
Lee, H. (2011). Thermal Design: Heat Sinks, Thermoelectrics, Heat Pipes, Compact Heat Exchangers, and Solar Cells (Inc. John Wiley & Sons, Ed.).
Mazhar, A. R., Ubaid, A., Shah, S. M. H., Masood, S., & Alvi, M. Z. (2023). Investigation of the Simultaneous Cooling and Heating Using a Thermoelectric Peltier. Engineering Proceedings 2023, Vol. 45, Page 13, 45(1), 13. https://doi.org/10.3390/ENGPROC2023045013
Ogata, K. (2010). Modern Control Engineering (Prentice Hall, Ed.).
Peltier, J. C. A. (1834). Nouvelles Expériences sur la Caloricité des courans électriques. Annales de Chimie et de Physique, 56, 371–386.
Rowe, D. M. (2006). Thermoelectrics Handbook: Macro to Nano (Taylor & Francis Group, Ed.).
Schilling, A., Zhang, X., & Bossen, O. (2019). Heat flowing from cold to hot without external intervention by using a “thermal inductor.” Science Advances, 5(4). https://doi.org/10.1126/SCIADV.AAT9953
Silva, F. et al. (2023). Control and identification of parameters of a joint of a manipulator based on PID, PID 2-DOF, and least squares. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 45(3), 327. https://doi.org/10.1007/s40430-023-04251-5
Skogestad, S., & Grimholt, C. (2012). The SIMC method for smooth PID controller tuning. In Issue 9781447124245, Pages 147 - 175 (Number 9781447124245, pp. 147–175). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-1-4471-2425-2_5
Vasilyev, G., Kuzichkin, O., & Surzhik, D. (2024). Nonlinear Control of Thermoelectric Peltier Moduls for Climate Management Systems in Agro-Industrial Complex. Lecture Notes in Electrical Engineering, 1130, 148–155. https://doi.org/10.1007/978-3-031-51127-1_14
Descargas
Publicado
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2026 Javier M. Garrido-López, Manuel Jiménez-Buendía, Ana Toledo-Moreo, Pedro A. Buendía-Rivas, Roque Torres-Sánchez
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0.
