Modelamiento e implementación de una planta térmica

Modeling and implementation of a thermal plant

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Abstract (es)

En este artículo se presenta el modelamiento matemático e implementación de una planta térmica. Para ello, se deducen las ecuaciones de un sistema térmico a través de la relación de calor aplicado para incrementar la temperatura, y la cantidad de calor que se pierde por los diferentes tipos de transferencia térmica; así mismo, del paso de estas relaciones a las ecuaciones de estado - por medio de la aplicación de la transformada Laplace -, se obtiene la función de transferencia del sistema que permite una cómoda implementación en software y la respectiva simulación donde pueden establecerse acciones de control. Se expone, finalmente, la implementación de un prototipo de planta térmica, el cual consta de una caja térmica dividida en dos secciones: una que tiene como elemento calefactor un bombillo de doble filamento, y otra donde dos ventiladores se utilizan para la disipación de calor. Se diseñan e implementan los circuitos y materiales para los actuadores, los sensores y las fuentes de alimentación. En tal sistema térmico, la entrada es una señal de voltaje que maneja la temperatura en las dos cámaras de la caja; una de las salidas es otra señal de voltaje que con alguna proporción muestra la temperatura en la cámara donde está la fuente de calor, la otra es un voltaje proporcional a la temperatura de la otra cámara que tiene un intercambio térmico con la primera por medio de una membrana separadora; es decir: puede evidenciarse, con fines industriales y didácticos no desarrollados en el documento, el intercambio térmico entre cámaras usando sensores y actuadores.

Abstract (en)

This paper provides the mathematical modeling and implementation of a thermal plant. In order to do this, the equations of a thermal system are deduced through heat relations applied to increase temperature, and the heat amount that is lost by different types of heat transfer; likewise, from the passage of these relations to the equations of state - through application of Laplace transform -, the system's transfer function is obtained, which allows a comfortable implementation in software and the respective simulation where control actions can be established.

Finally, a prototype of a thermal plant is shown, consisting of a thermal box divided into two sections: one that has a double filament bulb as a heating element, and another with two fans used for heat dissipation. The circuits and materials for the actuators, sensors and power supplies are designed and implemented. In this kind of thermal system, the input is a voltage signal that manages the temperature in both box chambers; one of the outputs is another voltage signal that proportionally shows the chamber temperature where the heat source is, the other is a voltage proportional to the temperature of the other chamber that has a thermal exchange with the first one by means of a separating membrane; that is, for industrial and didactic purposes not developed in the document, the thermal exchange between chambers using sensors and actuators can be shown.