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Personal directivo de la institución Héctor Miguel parra Rector Jesus Ernesto Urbina Vicerrector Acadêmico

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Sergio Ivan Quintero Vicerrector Administrativo Nelson Beltran Galvis Decano facultad de ingenieria Francisco Ernesto Moreno Director Plan de Estúdios de Ingenieria Eletromecânica

Teléfono: 5776655 Ext: 178 ingelectromecanica@ufps.edu.co

José armando becerra Departamento de Electricidad y Electrónica Editor Luis Elias Pabón estudiante Ing electromecanica

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C O N TE N I D O Sistema de control de temperatura para un horno eléctrico Industrial……………………………........................................................2 Controlador monofásico de onda completa en lazo cerrado para el control de velocidad de un motor dc……………………………………13 Control de posición de un motor dc………………………………….…29 Control del ángulo de giro de un motor dc……………………………..40


SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA PARA UN HORNO ELECTRICO INDUSTRIAL

DIEGO JOSE QUINTERO ORTIZ, JOSE ARGEMIRO GONZALEZ MARQUEZ , JONNATHAN YAMID FIGUEROA NIÑO, RUBE DARIO URBINA SANABRIA Resumen El presente trabajo muestra una metodología de identificación del sistema o proceso aplicado a un proceso real. Dicho proceso consiste en un horno eléctrico industrial usado para una debida prueba de control de temperatura, el cual debido a la problemática de la identificación se modelo a base de ecuaciones dinámicas y de estado estacionario. El principal objetivo es el de mostrar la validez, utilidad y conveniencia de la identificación de sistemas, como requerimiento previo para el diseño de controladores, es por esto que luego del proceso de identificación se continua, en base a los resultados obtenidos al diseño de un controlador para mantener la temperatura constante dentro del horno industrial. El modelo virtual del proceso de identificación y el diseño del controlador se realizó por medio del software MATLAB.

I n t r o d u cci ó n El objetivo de todo proceso industrial es la obtención de un producto final que cumpla con las especificaciones y niveles de calidad exigidos por el mercado. Esta constancia en las propiedades del producto puede ser posible gracias a un control de las condiciones de operación, debido a que tanto la alimentación al proceso como las condiciones del entorno son variables en el tiempo. Al momento de diseñar un sistema de control es indispensable conocer y entender la dinámica de la planta. Una de las etapas transcendentales en el diseño de la planta es la identificación de la misma, porque con ésta el modelo tendrá el comportamiento exacto del proceso. Para modelar un sistema de control se debe describir por medio de ecuaciones matemáticas la relación de la variable de salida, variable que se desea controlar, con la entrada del sistema.

Figura 1. Horno industrial

El trabajo que se presenta es la identificación de sistema del proceso para regular o controlar la temperatura de un horno eléctrico industrial. Ya que a nivel industrial el control de procesos ha ganado cada vez más fuerza y hoy por hoy es una disciplina que necesita de personas con un alto nivel de capacitación ya que se requiere de conocimientos en los diversos campos de la ciencia, para así poder comprender plenamente los problemas y por lo tanto generar soluciones acertadas que beneficiaran a una empresa y/o a la sociedad D e s cr i p ci ó n d e l P r o ce s o El proceso que se va a identificar es el que se lleva a cabo dentro del horno eléctrico industrial, en otras palabras la planta es en sí el horno y lo que se busca es la relación que existe entre el voltaje ingresado al horno y la temperatura en su interior. Los hornos eléctricos pueden ser de resistencia, de arco y de inducción. Horno de resistencia: Se basa en el principio de que un cuerpo conductor atravesado por la corriente eléctrica se calienta hasta fundirse. Prácticamente estos hornos son construidos con materiales de alta resistencia eléctrica. Un horno es un equipo utilizado en la industria, en los que se calientan elementos en su interior por encima de la temperatura ambiente. La manera de calentar los elementos en su interior clasifica a los hornos en diferentes tipos, nuestro proceso utiliza resistencias de tal manera que la potencia eléctrica suministrada a dichas resistencias calienta el interior del horno por el efecto Joule.


Debido a lo mencionado anteriormente arriba a los hornos industriales de resistencia se les nombra generalmente con la potencia que consumen, en nuestro caso el horno es de 236W.

Figura 2. Horno eléctrico industrial La figura 2 muestra un bosquejo del horno, el cual consta de paredes aisladas térmicamente (con aislante de lana de vidrio), con el objeto de minimizar las pérdidas de calor a través de ellas y además de mantener en las paredes externas una temperatura ambiente para así evitar el riesgo de algún daño a personas que tengan contacto con el exterior del horno durante el proceso de prueba de control de temperatura. Debido a lo mencionado anteriormente arriba a los hornos industriales de resistencia se les nombra generalmente con la potencia que consumen, en nuestro caso el horno es de 236W. La figura 2 muestra un bosquejo del horno, el cual consta de paredes aisladas térmicamente (con aislante de lana de vidrio), con el objeto de minimizar las pérdidas de calor a través de ellas y además de mantener en las paredes externas una temperatura ambiente para así evitar el riesgo de algún daño a personas que tengan contacto con el exterior del horno durante el proceso de prueba de control de temperatura. M o d e lo d e la p la n t a Como primer paso procederemos a determinar la función de transferencia del sistema a controlar para eso se ha de tomar las siguientes mediciones, que es la temperatura en función del tiempo en el medio donde se pretende controlar la temperatura V = [3 3.082 3.11 3.105 3.307 3.436 3.704 3.968 4.258 4.516 4.778 5.054 5.302 5.588 5.812 6.109 6.292 6.519 6.725 6.917 7.096 7.272 7.446 7.600 7.780 7.917 8.084 8.240 8.399 8.518 8.638 8.770 8.875 9.003 9.108 9.214 9.316 9.434 9.532 9.634 9.731 9.816 9.892 9.999 10.052 10.154 10.258

10.315 10.398 10.475 10.55 10.652 10.711 10.777 10.860 10.947 10.994 11.033 11.127 11.199 11.262 11.338 11.375 11.922 11.468 11.512 11.538 11.600 11.635 11.699 11.736 11.769 11.816 11.889 11.945 11.963 11.998 12.045 12.071 12.107 12.146 12.177 12.205 12.219 12.230 12.254 12.280 12.307 12.333 12.362 12.380 12.396 12.429 12.441 12.449 12.483 12.495 12.531 12.542 12.572 12.586 12.612 12.632 12.656 12.670 12.689 12.702 12.711 12.749 12.750 12.774 12.799 12.816 12.831 12.834 12.849 12.898 12.868 12.931 12.939 12.957 12.960 12.993 13.004 13.009 13.023 13.031 13.040 13.060 13.050 13.025 13.028 13.039 13.058 13.087 13.092]; t= [0:20………..:2720];

Figura 3. Datos experimentales para la función de transferencia Entre mayor número de muestras se analizan mayor será la exactitud o la similitud del sistema real el cual se desea controlar. Al obtener los datos pertinentes, procederemos a utilizar la herramienta matemática por excelencia MATLAB para la obtención del modelo matemático. Ingreso los datos a Matlab mediante vectores y luego procederemos a ver gráficamente cómo se comporta el sistema en función de los datos obtenidos anteriormente.


F u n ci ó n d e t r a n s f e r e n ci a Para el funcionamiento del horno eléctrico, se prendió en una jornada de trabajo real con temperatura ambiente de 28ºC.

Con el modelo de Matlab se puede evaluar ahora el comportamiento que tendrá el sistema cuando la excitación sea una rampa. Este tipo de referencia es de gran importancia en los procesos a temperatura programada en los que se utilizara el horno. El modelo responde a una rampa de 6 ºC/min (0.1 ºC/seg) del siguiente modo:

Figura 6. Respuestas a una excitación de rampa

Aplicando transformada de Laplace, y simplificando la expresión se obtiene la función de transferencia teórica de la planta:

Figura 7. Bode de la planta

Figura 5. Respuesta a un escalón unitario

La figura 5 muestra el comportamiento

dinámico del horno eléctrico a partir de la ecuación de transferencia, se asume como una entrada escalón unitario y la constante de tiempo igual a 11.5 minutos; tiempo aproximado en que el horno alcanza el 65% del valor de su estado permanente.


D i s e 単 o d e l a e t a p a d e p o t e n ci a

Figura 8. Etapa de potencia


REVISTA INGENIERIA ELECTROMECANICA

PUBLICADO POR: LUIS ELIAS PABON MEJIA estudiante Ing. Electromecanica correo: eliaspm1 @hotmail.es


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