Modelamiento e implementación de una planta térmica

Abstract

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.