CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO. El tipo de investigación debe ser consecuente con las metas trazadas

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1 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO 1. Tipo de Investigación El tipo de investigación debe ser consecuente con las metas trazadas en el proyecto, ya que facilitaría la obtención de los resultados esperados, de manera segura, viable y óptima. Cada proceso que se ejecuta con el fin de obtener respuestas frente a los planteamientos iniciales, exigen una forma de procedimiento metodológico tal vez diferente uno del otro, luego, se hace necesario plantear diversos tipos de investigación de acuerdo con la tarea específica a desarrollar. El presente proyecto de investigación, dado su alcance socio-ambiental; se apoya en diferentes herramientas procedimentales, desde situaciones que son netamente descriptivas, pasando por procedimientos experimentales en ambientes reales, hasta el uso de programas computacionales que permitan el análisis de datos. En este orden de ideas cabe destacar autores que definen tipos de investigación que se ajustan a las exigencias procedimentales del proyectoen mención: Ballestrini, M (2002) las investigaciones son de campo, factible y de proyectos especiales. La presente investigación es 41

2 42 de proyecto factible; en razón de que propone la formulación de modelos orientados a proporcionar respuestas o soluciones a problemas planteados en un medio real. Este proyecto de tipo factible se apoyará en un trabajo de campo y en uno documental, debido a que algunos de los datos indispensables para optimizar el alcance del proyecto y que servirán de indicadores del logro, serán obtenidos directamente de un ambiente natural como son los estanques donde se crían los alevines y los demás datos serán tomados de las referencias teóricas y existentes. Por otra parte, en relación a lo expuesto por Arias, F (1999) la investigación es del tipo descriptiva porque consiste en la caracterización del diseño de un controlador difuso para mantener la temperatura ambiente adecuada en los estanques que exige un seguimiento y control de los procesos aplicados y/o observados, suponiendo así, la toma de datos que bien pueden variar o mantenerse de acuerdo con las diferentes variables o elementos integradores. La investigación descriptiva contempla la identificación de las características, debe mostrar aspectos, características distintas, en situaciones con aplicaciones ambientales diferentes, estudiando la realidad tal y como se desarrolla. Describe, analiza, registra e interpreta las condiciones que se dan en una situación y momento determinado Pérez. (2003).

3 43 2. Diseño de la Investigación Según Arias (1999) el diseño de investigación se define como la estrategia que adopta el investigador para responder al problema planteado y tomando como referencia el diseño, las investigaciones pueden ser del tipo documental, de campo y experimental. Según el diseño de investigación, el presente proyecto se considera como una investigación del tipo experimental porque se realiza una manipulación y control de alguna variable, en consecuencia la acción manipulada es la temperatura ambiente en el estanque a través del controlador difuso y la válvula actuadora, de tal forma que se pueda mantener una temperatura ambiente, homogénea y especifica dentro del estanque bajo cualquier condición climática. Este planeamiento coincide con lo expresado por Tamayo, M. (1999) la investigación experimental requiere de una manipulación rigurosa de las variables o factores experimentales, y del control directo o por procedimientos estadísticos alazar, de otros factores que pueden afectar el experimento. 3. Población y Muestra Chávez (2002) define la población como el universo de la investigación sobre la cual se pretenden generalizar los resultados. Está constituida por características o estados que le permiten distinguir los sujetos, unos de otros. De igual forma, según Arias (1999) la población corresponde al

4 44 conjunto de todos los elementos que concuerdan con una serie de especificaciones y para quienes serán válidas las conclusiones que se obtengan. Basado en lo referido anteriormente, en la presente investigación los elementos de la población lo conforman los distintos tipos de estanque utilizados para la producción de alevines ubicados en los laboratorios de ingeniería pesquera en la Universidad del Magdalena en la ciudad de Santa Marta-Colombia, que se pueden modelar matemáticamente según lo descrito en el capítulo II en las bases teóricas de esta investigación. Para Ander, E (1971) c. p. Tamayo (2004), la muestra es el conjunto de operaciones que se realizan para estudiar la distribución de determinados caracteres en la totalidad de una población, universo o colectivo, partiendo de la observación de una fracción de la población considerada. Hurtado (2007) plantea que lo importante de la muestra seleccionada, es tomarla lo más parecida posible a la población, es decir, que sea representativa de esta muestra. Según Hernández (2010) la muestra se define como un subgrupo de la población y ésta puede ser probabilística ó no probabilística. El tamaño de la muestra debe estar sujeto a la exactitud con la cual el investigador estima plantear el parámetro de la población, teniendo en cuenta para ello, un nivel especial de confianza así como de las factibilidades económicas y de tiempo. En este orden de ideas se puede decir que la muestra de la presente investigación es no probabilística por conveniencia, dado que se utilizó el

5 45 estanque que se tenía disponible para el presente estudio. Específicamente se utilizó un estanque ubicado en el laboratorio de ingeniería pesquera de la Universidad del Magdalena en la ciudad de Santa Marta-Colombia con un área y capacidad específica para albergar los alevines, destinado para la realización de esta investigación. A tal efecto Hernández (2010) señala que las muestras por conveniencia son casos disponibles a los cuales se tienen acceso. 4. Instrumentos Como instrumento inicial para el desarrollo de esta investigación, se cuenta con los datos de variación de temperatura ambiente, obtenidos de forma directa en el estanque utilizando instrumentos de medida electrónicos.además se dispone dela información de las hojas de datos de la válvula y los sensores, así como losartículos científicos, tesis de maestrías donde se relaciona la variable de estudio y de libros de control y sistemas de control de temperatura. En los marcos de las observaciones anteriores relacionadas con los instrumentos como herramientas empleadas para recoger y almacenar información, es pertinente según los objetivos propuestos, el diseño de gráficos y el análisis de los datos obtenidos a partir de la simulación del sistema de control basado en lógica difusa. Estas bases conceptuales sirven para establecer la correspondencia de la información con las variables

6 46 manejadas, a finde considerar los resultados consecuentes o no con los objetivos. Con referencia a lo anterior, la verificación de los objetivos se realiza a través de la simulación del proceso, estrategia que se hace efectiva por medio del uso delmatlab y Simulinkcomo instrumento para evaluar el comportamiento del controlador lógico difuso de temperatura ambiente en un estanque. 5. Procedimiento 5.1. Fases de la investigación Los distintos elementos señalados y analizados en los capítulos anteriores, dan paso a la presentación de manera detallada a las fases de la investigación. En esta etapa se presentan las actividades que se desarrollaron para poder cumplir con los objetivos propuestos. Cabe anotar que cada una de las fases aquí presentadas responde a los momentos claves del proceso de investigación,ordenado y cuidadosamente desarrollado, para facilitar la lectura procedimental y la definición de las tareas realizadas, con mira a la obtención de los resultados esperados.

7 47 Cuadro 3 Temperatura ambiental en el Estanque Objetivo 1. Determinar cómo influye el medio ambiente en la temperatura del estanque para la producción de los alevines. FASE Recolección de la Información Análisis de la Información ACTIVIDADES Asistir a diferentes bibliotecas y consultar información referente a la producción de alevines, temperaturaambiente y lógica difusa. Realizar búsquedas, en internet y en bases de datos especializadas, de información relacionada con la temperatura necesaria para el modelado matemático de control de temperatura en estanques. Realizar una clasificación de la información obtenida en la etapa de recolección de la información. Utilizar los artículos, documentos y tesis de maestría seleccionados, como documentos bases para la elección del modelo del control de temperatura en el estanque. Determinar la temperatura ideal en el estanque para la producción de alevines. Fuente: Duran, A Cuadro 4 Simulación del Estanque Objetivo 2. Modelar matemáticamente el balance de energía en el estanque, teniendo en cuenta los modelos existentes, y que se ajuste a los requerimientos del sistema que se quiere diseñar.

8 48 Cuadro 4 (cont.) FASE Modelado del balance de energía en estanque Validación del modelo del control de temperatura en el estanque ACTIVIDADES Selección del modelo matemático del control de temperatura del estanque. Medir los valores reales de temperatura en lazo abierto y las perturbaciones que puedan afectar la temperatura ambiente en el estanque. Desarrollo del modelo del control de temperatura en el estanque en Matlabsimulink, teniendo en cuenta los parámetros prácticos medidos con anterioridad. Realizar un subsistema en simulink donde se puedan modificar los parámetros del control de temperatura modelado. Obtención de la curva T-V del proceso del estanque en función de la perturbación del medio ambiente. Probar el modelo con estanques de diferentes características. Cuadro 5 Diseño y simulación del controlador difuso Objetivo 3. Diseñar un sistema de control lógico-difuso que permita ajustar la temperatura ambiente en el estanque, teniendo en cuenta un valor de referencia. FASE Diseño del controlador difuso en Matlab-Simulink ACTIVIDADES Familiarización con el toolbox de MatlabFuzzyLogic. Definir las entradas y salida del controlador y el universo de discurso para cada una de ellas.

9 49 Cuadro 5 (cont.) Validación y pruebas del diseño Definir las funciones de membresía a utilizar para el control difuso. Realizar el proceso de fuzificación definiendo las variables lingüísticas del controlador. Definir las reglas difusas del sistema. Realizar el proceso de defuzificación. Probar el diseño del controlador tomando como entrada el modelo realizado en Matlab-simulink para el estanque. Realizar los ajustes necesarios al modelo de acuerdo a los resultados obtenidos en la obtención dela temperatura ambiente. Fuente: Duran,A Cuadro 6 Resultados del sistema a lazo cerrado Objetivo 4. Simular el comportamiento del estanque para comprobar el nivel de efectividad del controlador difuso de temperatura en las teorías aplicadas para el cambio del sexo de los alevines. FASE ACTIVIDADES Realizar pruebas de simulación del sistema de estanque completo a lazo cerrado. Realizar pruebas para cambios en la Temperatura. Verificar la efectividad de la lógica difusa en Simulación del controlador de el control dela temperatura ambiente. temperatura Hacer las conclusiones y análisis de los resultados de acuerdo a la información obtenida en las simulaciones y teniendo en cuenta la eficiencia y efectividad del controlador difuso. Fuente: Duran, A

10 50 6. Técnicas de Análisis de la Información El software utilizado para el análisis de los datos será Matlab-simulink, el cual es un programa computacional con un entorno de desarrollo integrado que permite hacer simulaciones, complejos cálculos matemáticos y visualización de información. Específicamente se utilizará Simulink para simular el modelo matemático del control de temperatura y verificar su validez ante cambios en la temperatura ambiental. Se creará un subsistema que permita hacer modificaciones de los parámetros variables del proceso, de tal forma que se pueda validar fácilmente el modelo matemático para diferentes estanques y con diferentes ambientes. Por otro lado se utilizará el toolbox o herramienta de trabajo de lógica difusa para definir el sistema de inferencia difusa, los conjuntos difusos de las entradas y salidas, las reglas difusas y las funciones de membresía. Con esto se logrará diseñar el controlador lógico difuso que permitirá estabilizar la temperatura ambiente en el estanque. Por último se obtendrán diferentes gráficos que permitirán realizar el análisis de los resultados, formular las conclusiones y recomendaciones para futuros estudios relacionados con el control de temperatura ambiental en estanque para la producción de alevines.