Tesis doctoral de Vanesa Mariel García
Esta tesis presenta resultados vinculados al diseño, modelado y control de un reformador de etanol con vapor a baja temperatura como fuente generadora de hidrógeno que está destinado a alimentar una pila de combustible tipo pemfc. Como combustible se ha seleccionado etanol por ser una de las fuentes de energía renovables que en la actualidad despiertan mayor interés, tanto a nivel económico como científico. El reformador se ha separado en tres etapas con el fin de garantizar la mayor producción de h2 y la menor cantidad de co. Se han utilizado catalizadores monolíticos sno2 y co(fe)na+/zno que dan lugar a las siguientes reacciones químicas: en la primera etapa el etanol se deshidrogena sobre sno2 y en la segunda etapa tiene lugar el reformado del acetaldehído sobre el catalizador co(fe)na+/zno en presencia del hidrógeno generado en la etapa 1. Luego se ha añadido una tercera etapa con un catalizador comercial fe2o3-cr2o3 para la reacción de desplazamiento de gas de agua. Además de garantizar un ambiente reductor en la etapa de reformado, esta configuración también permite optimizar las condiciones de cada una de las etapas de la reacción. Además, se ha impuesto como condición de diseño que el reformador opere a presión constante, considerando la variación de las temperaturas en cada una de las etapas. el modelado matemático de reformadores tubulares monolíticos ha sido presentado por pocos investigadores en la literatura existente y la aportación en el área de control aplicado a este tipo de reformadores es mínima. Algunos trabajos en el área de control automático se han aplicado a reformadores tubulares, pero se considera otro tipo de combustible diferente del etanol para su alimentación. En esta tesis se han desarrollado modelos dinámicos del reformador de etanol con vapor a baja temperatura descrito anteriormente, se ha analizado su respuesta estacionaria y dinámica y se han diseñado controladores para cumplir con los requerimientos del sistema. así pues, en esta tesis se presenta, discute e implementa el modelo matemático utilizado para representar el comportamiento del reactor tubular monolítico. A través de un estudio del estado estacionario, se validan las diferentes hipótesis de diseño asumidas y se discuten por medio de un análisis de sensibilidad paramétrica las condiciones de operación del proceso de reformado. De esta manera, el modelo matemático del reactor se utiliza para explorar diferentes alternativas para la operación del reformador haciendo énfasis en la influencia de la temperatura en la segunda etapa por ser ésta una variable crítica. posteriormente, se realiza un estudio de controlabilidad a partir de los modelos basados en el balance de masa y energía linealizados. Para realizar el estudio de controlabilidad se han utilizado las herramientas matemáticas rga, mri y cn. Por medio de este análisis se han seleccionado las estructuras de control más convenientes para diseñar controladores que puedan garantizar los requerimientos impuestos por la pila de combustible. la última parte de la tesis está enfocada al estudio de las capacidades de diferentes controladores descentralizados 2×2 basados en las estructuras de control seleccionadas. Los controladores se implementan con acciones proporcional e integral en cada uno de los lazo. después de hacer el ajuste de los parámetros de los controladores, se realiza un análisis comparativo para evaluar ventajas y desventajas de cada una de las opciones consideradas. Finalmente se presentan los resultados de simulación del sistema controlado ante diferentes perturbaciones y cambios de consigna. Al ser el sistema no lineal, los resultados son limitados. Sin embargo, se determinan estas limitaciones y de esta manera, la utilidad de los controladores propuestos.
Datos académicos de la tesis doctoral «Modelado, análisis y control dinámico de un reformador de etanol en tres etapas para aplicaciones en pilas de combustible«
- Título de la tesis: Modelado, análisis y control dinámico de un reformador de etanol en tres etapas para aplicaciones en pilas de combustible
- Autor: Vanesa Mariel García
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 16/04/2012
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Jordi Llorca Piqué
- Tribunal
- Presidente del tribunal: Luis María Gandia pascual
- moises Graells sobre (vocal)
- pedro Francisco Cañamero martínez (vocal)
- carmen mireya Rangel archila (vocal)