Control de electrónica de potencia para el desarrollo de nuevas aleaciones de aplicación nuclear

Abstract

En la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), un grupo de la Gerencia de materiales está experimentando el desarrollo de nuevas aleaciones para la industria nuclear. Para eso cuentan con un horno de fundición por arco eléctrico en el que el electrodo consumible se funde, buscando obtener un lingote más homogéneo que el electrodo original. El arco eléctrico se produce con una fuente de alta corriente (soldadora comercial Lincoln) que puede controlar algunos parámetros. El proceso de fundición actualmente requiere una gran intervención manual, con parámetros operativos (niveles de corriente, tensión y velocidad de consumo del electrodo) muy poco conocidos por la aparente dependencia de las características del material a fundir (forma, aleación y tamaño). Como el objetivo es obtener la aleación por un proceso automático o semiautomático repetible, se requiere avanzar en el conocimiento de dicho proceso de fundición. Para ello, este trabajo propuso inicialmente analizar, modelar y simular las características del circuito de potencia, compuesto por la fuente de alta corriente y el electrodo consumible. Luego, se compararon los resultados de las simulaciones con mediciones sobre el sistema real, verificando la validez del modelo y las simplificaciones asumidas. Por otro lado, se desarrolló, implementó y utilizó un sistema de adquisición ad-hoc de los parámetros operativos, destinado a registrar los ensayos y avanzar en el conocimiento del proceso de fundición real. La complejidad de este sistema se fundamenta en las clásicas dificultades para obtener mediciones en un sistema de altas corrientes: imperiosa necesidad de inmunidad al ruido eléctrico. El trabajo muestra los resultados de los primeros ensayos adquiridos con el sistema implementado, las sucesivas correcciones en el diseño y el aporte al conocimiento de los parámetros de la fundición para seguir avanzando en la automatización del proceso.At the Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), a materials management team is experimenting with the development of new alloys for the nuclear industry. For this purpose, they have an electric arc melting furnace in which the consumable electrode melts, aiming to obtain a more homogeneous ingot than the original electrode. The electric arc is produced by a high-current source (commercial Lincoln welder) that can control some parameters. The melting process currently requires significant manual intervention, with operational parameters (current levels, voltage, and electrode consumption rate) being poorly understood due to their apparent dependence on the material characteristics being melted (shape, alloy, and size). Since the goal is to achieve the alloy through a repeatable automatic or semi-automatic process, there is a need to advance the understanding of the melting process. To this end, this work initially proposed to analyze, model, and simulate the characteristics of the power circuit, consisting of the high-current source and the consumable electrode. Then, the results of the simulations were compared with measurements from the real system, verifying the validity of the model and the assumptions made. On the other hand, an ad-hoc data acquisition system was developed, implemented, and used to record the tests and further the understanding of the actual melting process. The complexity of this system is based on the classic difficulties of obtaining measurements in a high-current system: the imperative need for immunity to electrical noise. The work presents the results of the first tests acquired with the implemented system, the successive corrections in the design, and the contribution to the understanding of the melting parameters in order to continue advancing in the automation of the process.