Análisis de una estrategia de control feedback para un reactor de gasificación de biomasa utilizando simulación en Simulink®

Abstract

El aumento de la demanda energética continúa siendo cubierto principalmente por combustibles fósiles como el petróleo, el carbón y el gas natural, lo que ha generado el agotamiento de recursos naturales y el incremento de emisiones de gases de efecto invernadero, intensificando la huella de carbono. En este contexto, la gasificación de biomasa se posiciona como una alternativa sostenible para la producción de hidrógeno, especialmente a partir de biomasa (madera). En Colombia, su aprovechamiento energético se encuentra regulado por la Ley 1715 de 2014 (Congreso de la República de Colombia, 2014). El presente estudio analizó el desempeño dinámico de un gasificador de corriente descendente mediante la implementación de una estrategia de control feedback en Simulink®, ante perturbaciones tipo escalón aplicadas al flujo de aire alimentado. Se desarrolló un modelo matemático basado en Diyoke et al. (2018), que describe las etapas de secado, pirólisis, combustión y reducción. Inicialmente, se simuló un caso base en estado estacionario, validando los perfiles de concentración y temperatura mediante comparación con Diyoke et al. (2018), obteniendo un error cuadrático medio (RMSE) del 8 %. Posteriormente, se evaluó en estado dinámico y lazo abierto, obteniéndose respuestas instantáneas, sobreamortiguadas y subamortiguadas para la temperatura, y comportamientos inversos, sobreamortiguados y subamortiguados para las concentraciones, con tiempos de estabilización entre 0-14 s y 5-14 s, respectivamente. Finalmente, se implementaron controladores P y PI. Bajo control P, los tiempos de estabilización se situaron entre 3-6 s (temperatura) y 5-12 s (concentración); mientras que con control PI oscilaron entre 15-60 s y 58-75 s, respectivamente. No obstante, el controlador PI redujo significativamente el error en estado estacionario, logrando un mejor seguimiento del setpoint. En conjunto, el control P ofrece mayor rapidez, mientras que el control PI brinda mayor precisión en la operación.