Estrategias de modelado simplificadas de una máquina de absorción alimentada por energía solar para controladores basados en modelo

Abstract

[Resumen] Las máquinas de absorción, a pesar de ser soluciones prometedoras para los sistemas de refrigeración de edificios, tienen un principio de funcionamiento no trivial, y los modelos estudiados suelen ser complejos, con un alto costo computacional y requieren la medición de muchas variables o condiciones específicas de operación. Por ello, con el objetivo de desarrollar modelos adecuados para el control automático, este trabajo propone la formulación de modelos simplificados que puedan representar adecuadamente el comportamiento de una máquina de absorción. En concreto, se estudia un modelo de parámetros concentrados basado en un balance energético, un modelo Auto-Regresivo con variables exógenas (ARX), y un modelo no lineal ARX (NARX) para proporcionar una solución simple y eficiente para estimar la temperatura de salida de los diferentes elementos de una máquina de absorción: generador, evaporador y condensador. El sistema estudiado es la instalación solar térmica del edificio CIESOL, situada en la Universidad de Almería, España. Los resultados han demostrado que todos los modelos propuestos estiman satisfactoriamente las salidas de la máquina de absorción, siendo el NARX el que ha conseguido los mejores resultados en términos de índices de error. Sin embargo, el modelo de primeros principios tiene el mejor compromiso entre rendimiento de error y coste computacional, presentando un tiempo de cómputo casi 100 veces menor al resto durante la validación.

[Abstract] Absorption machines, despite being promising solutions for building cooling systems, have a non-trivial operating principle, and the studied models are usually complex, with a high computational cost and require the measurement of many variables or specific conditions. of operation. Therefore, aiming to develop suitable models for automatic control purposes, this work proposes the formulation of simplified models that can adequately portray the evolution of an absorption machine. A lumped parameters model based on energy balance, an AutoRegressive with exogenous input (ARX), and a Nonlinear ARX (NARX) are investigated to provide a simplistic and efficient solution to estimate the absorption machine outlet temperature for the generator,evaporator, and condenser sections. The study case system is the CIESOL thermal solar facility, located at the University of Almería, Spain. The results have demonstrated that all the proposed models satisfactorily estimate the absorption chiller outputs, in which the NARX has achieved the best results of the error indices. In contrast, the first principles model has the best compromise between error performance and computational cost, presenting almost 100 times less processing time during the validation experiment.