Control Térmico Avanzado de Proceso VARI con Molde Autocalefactado

  • Escolano, Miguel (INSTITUTO TECNOLOGICO DE ARAGON)
  • Conde, Ignacio (INSTITUTO TECNOLOGICO DE ARAGON)
  • Lizaranzu, Miguel (INSTITUTO TECNOLOGICO DE ARAGON)
  • Rodríguez, José Manuel (INSTITUTO TECNOLOGICO DE ARAGON)
  • Orús, Javier (INSTITUTO TECNOLOGICO DE ARAGON)
  • Martín de la Escalera, Federico (Aernnova Engineering Divsion)
  • Laspalas, Manuel (INSTITUTO TECNOLOGICO DE ARAGON)

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La fabricación de materiales compuestos en vía líquida con resinas termoestables requiere un control preciso de las temperaturas durante todo el proceso. En el caso específico de infusión con vacío (VARI) en un molde autocalefactado, un lado de la pieza está en contacto con el molde, que es el que incorpora los elementos calefactores (resistencias), mientras que el otro lado lo está con los consumibles (pelable, sangrador, malla, bolsa de vacío), lo que impone una condición térmica sustancialmente diferente que puede crear gradientes térmicos. Con el objeto de conseguir la mayor uniformidad térmica posible, no sólo a lo largo de la pieza, sino también a través de su espesor, habitualmente se incorporan elementos calefactores externos adicionales. En el presente trabajo se desarrolla el control térmico de un proceso de infusión de un tramo de borde de ataque de un estabilizador horizontal de una aeronave. Dicho control se ha desarrollado mediante el método MPC (Model Predictive Control) que permite aplicar la potencia necesaria a las fuentes de calor de forma independiente para controlar la temperatura en los puntos de medida, en base a predicciones obtenidas de un modelo térmico de orden reducido (MOR). Esta representación reducida se ha generado mediante la técnica POD (Proper Orthogonal Decomposition) a partir de las matrices térmicas obtenidas de un modelo de simulación por elementos finitos (MEF) del molde prototipo, previamente ajustado y validado. Con el fin de detectar y compensar los comportamientos no lineales presentes en el sistema, principalmente debidos a convección, se implementa un estimador de perturbaciones mediante filtro de Kalman. Adicionalmente, el modelo de orden reducido permite obtener una representación térmica del sistema completo, lo que facilita la implementación de sensores virtuales de forma que se controla, no solo la temperatura en los puntos de medida, sino también en puntos de la pieza que no sería posible monitorizar con sensores físicos, ayudando a mantener una distribución de temperatura homogénea en el material durante el proceso de fabricación. El esquema de control se ha validado experimentalmente sobre el molde prototipo, obteniendo un seguimiento preciso del perfil de temperaturas y cumpliendo con los estándares de fabricación de la pieza.