Las antorchas plasma térmicas son dispositivos utilizados para generar gas a temperaturas de (3-50) x 10^3 K, las cuales son el método más utilizado para producir plasma a bajas temperaturas. Desarrolladas desde los años 60 han logrado mejorar sus características de desempeño tales como, la duración de los electrodos, la eficiencia térmica y eléctrica entre otras gracias a modelos teóricos y experimentales.
El problema radica en analizar el comportamiento del arco eléctrico a través de los cambios de la corriente en el tiempo (características dinámicas) y su influencia con el sistema de encendido para la construcción de una antorcha plasma. Debido a que éstas presentan perturbaciones intrínsecas y un alto nivel de interferencia al sistema, generalmente causadas por parámetros como la variación de la tasa de flujo de masa y ondas de presión, entre otros. Por consiguiente, es necesario hacer una descripción de los diferentes modelos de arco eléctrico a presión atmosférica, haciendo una representación integral del arco, analizando su comportamiento eléctrico y físico para conocer con mayor precisión el desarrollo de sistemas de conversión, diseño y resistencia en la industria de las antorchas plasma.
Actualmente en el mundo se desarrollan nuevas tecnologías para el tratamiento de residuos con recuperación de energía, este innovador proceso usa la tecnología de las antorchas plasma térmicas para lograr la disociación molecular completa de los desechos, consecuentemente evitando la presencia de SVOC (semi compuestos orgánicos volátiles) y la formación de dioxinas y furanos, derivando una solución sustentable, energéticamente eficaz, de alto impacto social, ambiental y económico para la región ya que no genera residuos sólidos, efluentes líquidos ni emisiones gaseosas contaminantes. El país necesita avanzar en proyectos a corto, mediano y largo plazo que ayuden a solucionar el creciente problema del manejo integral de los residuos sólidos urbanos, y contribuir a la reducción de la contaminación ambiental.
El "Análisis de las características dinámicas del arco de antorcha plasma simuladas en MATLAB/Simulink" surge como respuesta al trabajo titulado "Construcción de un aparato para producir plasma físico", el cual fue un gran esfuerzo hecho en el año de 1967 por los estudiantes Luis F. González González y Hugo Neira Sánchez del programa de Ingeniería Eléctrica al construir una antorcha plasma en la Universidad Tecnológica de Pereira. Además este trabajo es un avance a los escasos o nulos estudios realizados en Colombia que estudien el comportamiento del arco y su influencia con los sistemas de conversión de alta potencia para su construcción y posterior aplicación en el tratamiento de RSU.
El objetivo general de este trabajo, es implementar modelos de arco eléctrico para simular las características dinámicas del arco de antorcha plasma térmica usando MATLAB/Simulink y proponer sistemas de conversión que cuenten con las especificaciones necesarias para su construcción.
Para lograr esto, se realiza un estudio de la física de las descargas eléctricas en gases a presión atmosférica y se adoptó un modelo de arco idóneo que condujera a un mejor entendimiento de los principios físicos durante el encendido de arco eléctrico y ayudará a mejorar las capacidades de esta tecnología. Consecuentemente, se analizará los diferentes tipos de sistemas de conversión y se propondrá un rectificador trifásico de doce pulsos que entrega 2 MW de potencia al modelo de antorcha plasma.
Luego de comprender el comportamiento del arco para el sistema de conversión de CA se desarrollaron los modelos de Browne y Tseng, los cuales describen de forma más precisa la transición de los modelos de Cassie y Mayr.
