Financing detail

Authors: FEROLDI, DIEGO HERNÁN.

Description: El hidrógeno es un elemento químico que posee alta densidad energética y representa un vector de energía con gran potencial. Las pilas de combustible tipo ?Proton Exchange Membrane? (PEM) son dispositivos capaces de convertir la energía química almacenada en el hidrógeno en energía eléctrica, con las siguientes ventajas: (i) son de 2 a 3 veces más eficientes que los motores de combustión, (ii) la reacción electroquímica no implica combustión, y no genera subproductos nocivos. Sin embargo, las características atractivas del hidrógeno que motivan su utilización en pilas de combustible PEM se ven contrarrestadas por las problemáticas relacionadas con su producción, almacenamiento y transporte, existiendo un gran interés por obtener hidrógeno a partir de fuentes renovables. Una opción es utilizar un sistema de procesamiento integrado directamente a la pila que permita producir hidrógeno a partir de combustibles renovables, como por ejemplo el bioetanol, tal como se muestra en la Fig. 1. Entre las ventajas del bioetanol se destacan su alto contenido de hidrógeno, su disponibilidad, no-toxicidad, y la seguridad para su almacenamiento y manipulación. En este contexto, el modelado riguroso implementado computacionalmente de un sistema de procesamiento de bioetanol (SPB) para la producción de hidrógeno, integrado a una pila de combustible PEM (PCPEM) constituye una herramienta muy valiosa para simulación y diseño de estructuras de control. El diseño e implementación de estrategias de control para el sistema completo SPB+PCPEM resulta fundamental para poder satisfacer sus requisitos básicos de operación: minimizar el consumo de hidrógeno, maximizar el rendimiento de la conversión etanol-hidrógeno, minimizar el nivel de monóxido de carbono en el ánodo de la pila, mantener los rangos de temperatura correspondientes a los distintos reactores del SPB, entre otros. Para que el proceso pueda operar en su punto óptimo, son necesarios varios equipos auxiliares (sensores, actuadores, bombas, compresores, etc.) que incrementan la probabilidad de ocurrencia de fallas en el sistema. Las fallas constituyen eventos anormales cuya presencia degrada la eficiencia del proceso, pudiendo provocar desde su detención total hasta daños permanentes, generando pérdidas económicas y/o problemas de seguridad. Numerosos autores se han enfocado en el estudio de diferentes tipos de fallas que se presentan en procesos de producción de hidrógeno y/o pilas de combustible tipo PEM, estableciendo clasificaciones de las mismas según su tiempo de respuesta, efectos/impacto, reversibilidad y parámetros involucrados. El tiempo de exposición del proceso SPB+PCPEM a las fallas es un factor clave que determina las posibilidades de recuperar desempeño a través de la estrategia de control. Por lo tanto, definir acciones correctivas con prontitud es crucial. Además, utilizar una única acción correctiva para todas las fallas posibles en general no resulta efectivo. Por lo tanto, un manejo eficiente consistirá en aplicar una estrategia de control adecuada para cada falla y, en algunos casos, según el nivel de gravedad de cada falla. Esto motiva el diseño de estrategias de control tolerante a fallas (CTF), que involucra el desarrollo de controladores especiales que poseen la capacidad de manejar fallas en actuadores, sensores y otros componentes del proceso, manteniendo la estabilidad y un aceptable desempeño dinámico del sistema. En este proyecto se propone el desarrollo de estrategias de control para el sistema SPB+PCPEM basadas en la teoría de asignación de control (AC). Tal como se presenta en Fig. 2, una arquitectura basada en AC involucra dos niveles jerárquicos: (i) una estrategia de control de alto nivel que computa un vector de variables virtuales, y (ii) un módulo de asignación de control para mapear el vector de variables virtuales sobre el vector de variables manipuladas. Esta estructura modular permite diseñar el controlador de alto nivel teniendo en cuenta mínima información acerca del bloque AC. Además, el módulo AC es capaz de manejar las restricciones de los actuadores por sí mismo, como así también objetivos secundarios de control. Otra ventaja es que posee potencial para acomodar saturaciones y fallas de actuadores a partir de una óptima redistribución de las acciones de control disponibles, evitando reconfiguraciones estructurales. En este proyecto se analizarán diferentes tipos de fallas (y/o saturaciones) en los actuadores que manipulan el flujo de agua al ?ethanol steam reforming? (ESR), el calor intercambiado, el flujo de etanol al quemador, el flujo de oxígeno al quemador, el flujo de oxígeno al CO-PrOx y el voltaje del compresor.El proyecto propuesto "Operación eficiente y confiable basada en asignación de control de un sistema de procesamiento de bioetanol integrado a una pila de combustible tipo PEM" se encuadra dentro de las áreas-problemas identificadas en el Plan Argentina Innovadora 2020; en particular se alinea con el Sector Estratégico ?Energía? definido por el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva de la Nación.

Project code: PICT-2018-02313.

Financing amount: 200000

Coinage: Pesos

Financing type: Proyectos de I+D.

Disciplinary field: 2 - INGENIERÍAS Y TECNOLOGÍAS / 2.2 - Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Electrónica e Ingeniería de la Información / 2.2.3 - Sistemas de Automatización y Control.

Scope: Energia.

Specialty: Control de procesos.

Principal's name: PATRICIO ALFREDO.