Ing. Aeronautico

Control y Guiado.
Curso 2009
Trabajo Final

“Control de temperatura de un autoclave”

Alumno: Prieto Claudio
Profesor: Ing. Zumárraga Augusto
* Trabajo práctico final de control y guiado

Objetivo: El propósito de este trabajo es realizar un sistema de control con el objetivo de que la autoclave pueda cumplir con las especificaciones requeridas por los fabricantes para el curado delas resinas utilizadas en los materiales compuestos. El sistema de control le dará a la autoclave un tiempo de respuesta transitoria y un error en estado estable acorde con las necesidades inherentes a cumplir.
Introducción: Para el curado de las resinas utilizadas en los materiales compuestos es necesario controlar tanto su temperatura como su presión y esto se realiza en recipientesdenominados autoclaves.
Las condiciones de curado y su metodología suelen ser muy diversas dependiendo del tamaño, forma y tipo de material compuesto a curar. Las autoclaves generalmente realizan su incremento de temperatura mediante el aporte de energía en forma de calor proveniente de resistencias calefactoras.
El transporte de energia en forma de calor se realiza por distintos mecanismos como:convección forzada y libre, conducción y radiación. Para lograr un buen entendimiento sobre la dinámica del proceso es necesario conocer y entender los distintos tipos de mecanismos de transporte de energia en forma de calor. (ver apéndice A-1de ser necesario).
Dinámica térmica del proceso:
El proceso térmico completo está constituido por distintos subprocesos:
1. Subproceso de calentamiento delas resistencias por efecto joule:
2. Subproceso de transferencia de calor entre las resistencias y el aire de la cámara. Este subproceso se realiza mediante los mecanismos de convección forzada y radiación.
3. Subproceso de transferencia de calor del aire de la cámara hacia la matriz. Este subproceso se realiza mediante los mecanismos de convección forzada y radiación.
4. Subprocesode transferencia de calor del aire de la cámara hacia el exterior. Este subproceso se realiza mediante el mecanismo de convección natural.
5. Subproceso de transferencia de calor entre la matriz y el material compuesto. Este subproceso se realiza mediante el mecanismo de conducción (el calor conducido por conducción debe ser igual a la ganancia de calor por convección mas radiación).
6.Subproceso de transferencia de calor entre el aire de la cámara y el intercambiador de refrigeración. Este subproceso se realiza mediante los mecanismos de convección forzada y radiación.

Para poder diseñar un sistema de control primero es necesario construir un modelo matemático de la dinámica del sistema. Este modelo matemático se puede determinar tanto experimentalmente como analíticamente quees lo que haremos.
Construir el modelo matemático real de la dinámica del proceso de transferencia de calor resulta en un proceso extremadamente complejo y por eso se recurre a simplificaciones.
En nuestro caso el modelo matemático del sistema está representado por la siguiente función de transferencia:

Que reemplazando los coeficientes me queda:



(Ver apéndice A-3para su deducción)

Diagrama de Bloques:



La variable que vamos a medir y controlar es la temperatura de la matriz. Para lo cual vamos a diseñar un controlador que me regule el calor entregado por las resistencias calefactoras.
En nuestro análisis para lograr una simplicidad del problema se hizo la suposición de que nuestro sistema térmico es lineal y se representamediante un modelo de parámetros concentrados, se supone que el sistema está aislado para eliminar las pérdidas de calor hacia el exterior y también se supone que no hay almacenamiento de energia en el aislamiento.
Vamos a elegir un sistema de control a lazo cerrado o con realimentación debido a las ventajas que este tipo de sistemas tienen frente a los sistemas de control en lazo abierto....