Control de temperatura en horno para ensayos de dilatación térmica

Abstract

El presente trabajo tiene como propósito la implementación de una estrategia de control, basada en un controlador Proporcional-Integral-Derivativo (PID) por software, a un proceso térmico representado por un horno de calentamiento eléctrico, empleado para el estudio de las dilataciones térmicas que experimenta una pieza de acero o aluminio sometida a un perfil de calentamiento. Para ello fue necesario obtener un modelo matemático del proceso, mediante la aplicación de la Identificación de Sistemas, específicamente, un método paramétrico, a los datos de entrada y de salida (voltaje/temperatura), y donde se dedujo que, la expresión matemática más adecuada para representar la dinámica del proceso térmico, con un grado de exactitud aceptable, es un modelo ARX de 4to orden, pero con Ja característica de que sus coeficientes son variables de acuerdo a la temperatura de trabajo. A partir del modelo obtenido se propuso y se realizó la implementación de la estrategia de control PID a nivel de simulación, utilizando las fórmulas de sintonización de Ziegler & Nichols para el ajuste del controlador. Se obtuvo como resultado que el uso de un controlador PID con parámetros variables, es la opción más viable al momento de implementar, experimentalmente, un controlador de este tipo al proceso térmico en estudio. Finalmente se procedió a la implementación real de la estrategia sobre el horno eléctrico mediante el desarrollo respectivo del hardware y software, todo esto gobernado por un computador personal (PC), y donde el controlador PID fue implementado por medio de LabVIEW 6.1. Las diferentes evaluaciones experimentales que se exponen en el trabajo demostraron que la estrategia de control propuesta presenta un buen comportamiento.