MODELADO Y SIMULACION DE UN HORNO ELECTRICO ... - CEA

El cálculo del modelo se realiza combinando unmétodo analítico y uno empírico. Mediante elprimero se detallan las ecuaciones de transferencia decalor que describen el proceso [2],[4],[8] y seasemeja el sistema térmico a un circuito eléctrico[6],[12],[18] que se consigue resolver aplicando lasleyes de Kirchoff [18]. Por otro lado, con el métodoempírico se identifican los datos realesproporcionados por los experimentos realizados en elhorno ajustándolos a la estructura correspondientepor medio de algoritmos de identificación deparámetros [13],[14]. En el cuarto apartado seanalizan los resultados obtenidos cotejándolos conlos datos reales recogidos. Finalmente una últimasección recoge las principales conclusiones. '(6&5,3&,21'(/6,67(0$Como se ha mencionado en el apartado anterior, elsistema real objeto de estudio es un horno eléctricoindustrial destinado al tratamiento térmico y curadode palas de aerogeneradores y otras estructurasformadas por materiales compuestos. El horno(Figura 2), fabricado por Siflexa [17], se encuentraen la empresa M.Torres de Pamplona [15], dedicadaal diseño y fabricación de equipamiento para laautomatización de procesos industriales.Es un sistema multivariable con 7 zonas biendefinidas pero no claramente divididas lo que supone7 entradas y 7 salidas que hay que controlar, con ladificultad de que existen fuertes interacciones yacoplamientos entre ellas.El intercambio térmico en el interior del horno serealiza mediante una corriente de aire a elevadatemperatura que cede calor a la carga principalmentepor convección. Debido a que el tratamiento térmicoutilizado no exige temperaturas superiores a 700ºC eltérmino de transmisión de calor por radiación puedeser despreciado [2],[4],[8].Figura 2 – Horno industrial Siflexa destinado alcurado de palas de aerogeneradores (M.Torres). &20321(17(6'(/+2512El recinto del horno está formado por la caldereríaexterior y el aislamiento térmico en cuyo interior sedisponen las resistencias de calentamiento y la carga.El calor en el recinto se genera aplicando tensión aestas resistencias que se encuentran uniformementedistribuidas a lo largo del horno en grupos de 85 kW.El aire se calienta a su paso por estos grupos,separados del recinto por convectores y deflectores yse hace circular, a una velocidad previamentedeterminada, mediante grupos motor-ventilador quese encargan de repartirlo de forma homogénea. Deesta manera, el calor se transmite a la carga la cualdebe alcanzar una determinada temperatura que debemantenerse durante un tiempo establecido.En los laterales del recinto hay unas ventanas deventilación que junto con la puerta, las ranuras entredinteles y puerta y las juntas de los ejes de losventiladores constituyen el conjunto de aberturas.Homogéneamente distribuidos sobre la pieza, 20termopares se encargan de medir su temperaturasuperficial. Además otros 7 sensores situados uno encada zona del horno ofrecen su temperatura interioren cada momento.Existe también un sistema de inyección de airecomprimido formado por un circuito de 30electroválvulas de vacío y una bomba de vacío.Group 14.8 mGroup 2 Group 3 Group 4 Group 5 Group 6 Group 75 m5 m5 m37.600 m5 m5 mFigura 3 – Esquema simplificado delhorno Siflexa y sus 7 zonas.7.8 mLa Figura 3 presenta un esquema simplificado dondeaparecen las dimensiones totales del horno, de cadauna de sus zonas y la distribución de los grupos decalentamiento. La Figura 11, al final del artículo,muestra un dibujo más detallado donde se puedenapreciar los componentes más importantes del hornodescritos anteriormente. Esta figura pertenece alprograma de supervisión y control del horno y ofrecelas mediciones registradas por todos los sensores entiempo real.La tabla 1 resume y describe las principalescaracterísticas necesarias para completar ladescripción del sistema.