Modelado, simulación y control óptimo de una celda de combustible tipo membrana de intercambio protónico (PEM)

En la literatura se puede encontrar que los temas de investigación y desarrollo se centran en la identificación y desarrollo de nuevos materiales que reduzcan el costo y extiendan la vida útil de los componentes de la celda de combustible, incluyendo membranas, catalizadores, placas bipolares, y con...

Full description

Autores:
Rodríguez Barrera, Jairo Alberto
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2014
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/1576
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/20.500.12749/1576
Palabra clave:
Mechatronic Engineering
Modeling
Investigations
Analysis
Optimal control
Fuel cell
Mathematical model
Ingeniería mecatrónica
Modelado
Investigaciones
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Control óptimo
Celda de combustible
Modelo matemático
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openAccess
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Es necesaria la reducción de los precios de la celda de combustible, los procesos de fabricación de alto volumen podrían ayudar a hacer que los sistemas de pilas de combustible cuesten competitivamente con las demás tecnologías tradicionales.1. Objetivo General .............................................................................................. 3 1.1 Objetivos Específicos ................................................................................. 3 2. Planteamiento del problema y justificación ...................................................... 4 2.1 Antecedentes ............................................................................................. 5 3. Estado del arte ................................................................................................. 6 4. Marco teórico ................................................................................................... 7 4.1 Celda de combustible de membrana protónica .......................................... 7 4.2 Modelo y Ecuaciones Dinámicas De La Celda De Combustible ................ 8 4.2.1 Voltaje de la celda de combustible y presiones de los gases .............. 8 4.3 Modelo no lineal de la Celda de combustible. ........................................... 9 5. Diseño metodológico ...................................................................................... 12 5.1 Primer paso .............................................................................................. 12 5.2 Segundo paso .......................................................................................... 12 5.3 Tercer paso .............................................................................................. 12 5.4 Cuarto Paso ............................................................................................. 12 5.5 Quinto Paso ............................................................................................. 12 6. Cronograma ................................................................................................... 13 7. Presupuesto ................................................................................................... 14 8. Avance ........................................................................................................... 15 8.1 Simulación del modelo DOE .................................................................... 15 8.1.1 Modelo de bloques en Simulink ......................................................... 16 8.2 Primera propuesta de control óptimo: ...................................................... 17 8.2.1 Linealización y puntos de operación .................................................. 17 8.3 Diagrama metodológico ........................................................................... 18 8.3.1 Linealización del modelo: .................................................................. 18 8.3.2 Control Lineal y Punto de operación: ................................................. 19 8.4 LQG Design ............................................................................................. 21 8.4.1 Ganancias LQR ................................................................................. 21 8.4.2 Filtro Kalman:..................................................................................... 22 8.5 Optimización del controlador .................................................................... 23 8.6 Resultados ............................................................................................... 25 9. Referencias .................................................................................................... 29PregradoResearch and development topics can be found in the literature to focus on the identification and development of new materials that reduce the cost and extend the life of fuel cell components, including membranes, catalysts, bipolar plates, and membrane electrode assemblies. Fuel cell price reduction is necessary, high-volume manufacturing processes could help make fuel cell systems cost competitive with other traditional technologies.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaModelado, simulación y control óptimo de una celda de combustible tipo membrana de intercambio protónico (PEM)Optimal modeling, simulation and control of a proton exchange membrane (PEM) fuel cellIngeniero MecatrónicoBucaramanga (Colombia)UNAB Campus BucaramangaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronic EngineeringModelingInvestigationsAnalysisOptimal controlFuel cellMathematical modelIngeniería mecatrónicaModeladoInvestigacionesAnálisisControl óptimoCelda de combustibleModelo matemáticoRodríguez Barrera, Jairo Alberto (2014). Modelado, simulación y control óptimo de una celda de combustible tipo membrana de intercambio protónico (PEM). Bucaramanga (Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB1. Song, D., Wang, Q., Liu, Z. Navessin, T., Eikerling, M.,Holdcroft. Numerical Optimization Study of the Catalyst Layer of PEM Fuel Cell Cathode. Journal of Power Sources. 2004.2. Stefanopoulou, y otros, y otros. Control of Fuel Cell Power Systems: Principles, Modeling,Analysis, and Feedback Design. London : Springer, 2004a.3. Varigonda, S. y Kamat, M.(2006). Control of Stationary and Transportation Fuel Cell Systems: Progress and Opportunities. Computers & Chemical Engineering. 2006, 304. Bavarian, M., y otros, y otros. Mathematical Modeling, Steady-State and Dynamic Behavior, and Control of Fuel Cells: a Review. Ind. & Eng. Chem. Research. 2010. 49(17). 7922-79505. Rayment, Chris y Sherwin, Scott. Introduccion to Fuel cell Technology. 2003.6. Larminie, James y Dicks, Andrew. Fuel Cell Systems Explained. 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Hamelin, J., y otros, y otros. 2001, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 26, págs. 625-629.13. Dynimic behavior of a PEM fuel cell stack for stationary application. Hamelin, J., y otros, y otros. 2001, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 26, págs. 625-629.14. Feedback-Linearization-Based Nonlinear Control for PEM Fuel Cells. Woon, Ki Na y Bei , Gou. 2008, IEEE Transactions on Energy Conversion15. Ogata, Katsuhiko. Modern Control Engineering. s.l. : Prentice Hall, 2010.16. Lewis, F. Optimal Estimation. s.l. : John Wiley & Sons, 1986.17. Fuel Cell Technology Handbook. Hoogers, G. Boca Raton : FL: CRC Press, 200318. Dynamic models and model validation for PEM fuel cells using electrical circuits. Wang, C., Nehrir, M.H. y Shaw, S.R. s.l. : IEEE Transactions on Energy Conversion, 2005. Vol. 20.19. Barbir, F. . PEM Fuel Cells: Theory and Practice. New York: Elsevier Academic Press. 200520. An improved small-signal model of the dynamic behavior of PEM fuel cells. Chiu, L.Y., Diong, B. y Gemmen, R.S. s.l. : IEEE Transactions on Industry Applications, 2004, Vol. 40.ORIGINAL2014_Tesis_Jairo_Alberto_Rodriguez_Barrera.pdf2014_Tesis_Jairo_Alberto_Rodriguez_Barrera.pdfTesisapplication/pdf1007688https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1576/1/2014_Tesis_Jairo_Alberto_Rodriguez_Barrera.pdf06520b631be63c096128e104a568dd5dMD51open accessTHUMBNAIL2014_Tesis_Jairo_Alberto_Rodriguez_Barrera.pdf.jpg2014_Tesis_Jairo_Alberto_Rodriguez_Barrera.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg5235https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1576/2/2014_Tesis_Jairo_Alberto_Rodriguez_Barrera.pdf.jpg363e24f3e1376672df16ceba337f8acdMD52open access20.500.12749/1576oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/15762024-01-21 10:47:45.828open accessRepositorio Institucional | Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABrepositorio@unab.edu.co

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