Desarrollo de modelo matemático de planta desalinizadora energizada por sistema fotovoltaico

Abstract

En este trabajo se realiza un estudio experimental de una celda de electrodialización configurada en modo continuo, para la cual se realiza un estudio de las dinámicas eléctricas y la capacidad de remoción de cloruro de sodio bajo distintas condiciones de operación. Se desarrolla el modelo matemático de la planta, que aproxima con aceptable exactitud los resultados obtenidos durante la experimentación. Para regular la conductividad eléctrica a la salida del sistema electrodializador, se diseña un controlador PI, que modifica la tensión de entrada al sistema para lograr la referencia de conductividad eléctrica específica. Con el fin de obtener un sistema autónomo y sostenible, se realiza el diseño de un sistema de energización fotovoltaico con un banco de baterías, que es capaz de entregar la energía necesaria al equipo durante el tiempo suficiente para satisfacer las demandas hídricas de un hogar promedio en Chile. Se desarrolla un modelo matemático del sistema de energización que simula las dinámicas eléctricas bajo distintas condiciones de operación ambientales, con un controlador seguidor de punto de máxima potencia (MPPT) que asegura la máxima extracción de energía del arreglo fotovoltaico, y un sistema de control que regula la tensión de salida según la conductividad esperada a la salida del sistema electrodializador. Todos los modelos matemáticos y los controladores respectivos han sido implementados y evaluados en Simulink. Al concluir el trabajo se encontró que hubo remoción efectiva de cloruro de sodio por parte del electrodializador, donde las dinámicas encontradas fueron satisfactoriamente aproximadas por un sistema de primer orden con retardo. Además, durante el estudio, la celda de electrodiálisis evidencia una componente resistiva no-lineal para voltajes de entrada entre 0 a 5V aproximadamente, en todos los casos estudiados. Se encontró también que el voltaje de entrada a la celda de electrodiálisis incide directamente en las condiciones de remoción de la misma. Por otro lado, el sistema de energización diseñado fue capaz de suministrar la energía necesaria para la operación de la celda de electrodiálisis, donde las señales de salida de voltaje y corriente presentaron niveles de ripple adecuados a los criterios de diseño.