Jaime Areñas, egresado de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio (ETSIAE) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) ha finalizado sus estudios con la realización de un Trabajo fin de Máster que consiste en una aplicación sobre la viabilidad de las plantas de hidrógeno.
La aplicación, desarrollada en MATLAB, consiste en un menú interactivo en el que el usuario puede seleccionar multitud de campos para simular la planta de hidrógeno que desea analizar: potencia disponible en la planta, fuentes de energías renovables empleadas, métodos de producción de hidrógeno, almacenamiento del hidrógeno producido, transporte a otras plantas y usos del hidrógeno. La aplicación devuelve un análisis detallado de la hoja de ruta seleccionada para que el usuario sea consciente de la rentabilidad energética de ese proyecto.
Por otro lado, Jaime llevó a cabo un estudio detallado de un proceso de reformado autotérmico simplificado para la producción de hidrógeno mediante el uso de metano. Los ensayos experimentales se realizaron en el departamento de Mecánica de Fluidos de la ETSIAE y consistieron en tres pruebas: reformador de malla con cristal de vidrio templado, reformador de malla sin cristal y reformador de tres canales. La finalidad de las mismas era comparar las medidas obtenidas con análisis teóricos de la termoquímica del proceso obtenidos de la librería Cantera de MATLAB. A través de estos ensayos se comprobó que el reformador de varios canales concatenados produce más hidrógeno debido a la reducción de fugas de calor.
Modelos de simulación MATLAB y Simulink
Simulink y Simscape, entornos de programación visual que funcionan sobre el entorno de programación MATLAB, permiten modelar y simular sistemas de pila de combustible y electrolizadores utilizando un enfoque basado en la física con componentes de librería listos para usar o un enfoque basado en datos con herramientas de modelado. Para lograrlo, utilizan herramientas de MathWorks para desarrollar y simular algoritmos de control antes de probarlos en un sistema.
Con estos entornos se pueden explorar diferentes configuraciones para pilas de combustible y electrolizadores, como modelar efectos de física multidominio y componentes balance-of-plant para regular el flujo de aire y gas de hidrógeno, el transporte de agua y la generación de calor, y evaluar comportamientos electrotérmicos para respaldar el diseño de sistemas eléctricos y sistemas de gestión térmica.
Permiten, además, generar código para pruebas de hardware-in-the-loop (HIL) y despliegue. En concreto, se pueden diseñar algoritmos de control electrotérmico para la regulación de corriente, tensión y humedad, así como gestión térmica, de presión y de agua; código para el modelo de planta o código de control en procesadores integrados o dispositivos FPGA/SoC.
Finalmente, MATLAB y Simulink se pueden utilizar para integrar pilas de combustible como fuente de energía para un vehículo eléctrico de pila de combustible (FCEV) o integrar electrolizadores en un sistema de producción de hidrógeno verde. En ese sentido, permiten modelar diferentes cargas eléctricas alimentadas por la pila de combustible y diferentes fuentes de energía que alimentan el electrolizador; probar la respuesta dinámica de las pilas de combustible o el electrolizador con respecto del sistema eléctrico más amplio y realizar estudios de integración de sistemas para decidir la selección de componentes, diseñar los algoritmos de control y diagnóstico, y optimizar las configuraciones de las pilas de combustible o los electrolizadores.
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