Desarrollo de estrategia para el uso óptimo de la energía en un vehículo solar

UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

DESARROLLO DE ESTRATEGIA PARA EL USO ÓPTIMO DE LA ENERGÍA EN UN VEHÍCULO SOLAR

MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL ELECTRICISTA

EDUARDO JAVIER ARANDA GONZÁLEZ

PROFESOR GUÍA: GUILLERMO GONZÁLEZ REES

MIEMBROS DE LA COMISIÓN: HÉCTOR AGUSTO ALEGRIA MANUEL DUARTE MERMOUDSANTIAGO DE CHILE ABRIL 2008

RESUMEN DE LA MEMORIA PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL ELECTRICISTA POR: EDUARDO JAVIER ARANDA GONZÁLEZ FECHA: 19/05/2008 PROF. GUIA: Sr. GUILLERMO GONZÁLEZ REES “DESARROLLO DE ESTRATEGIA PARA EL USO ÓPTIMO DE LA ENERGÍA EN UN VEHÍCULO SOLAR” El propósito de la presente memoria es analizar de qué forma debe comandarse un vehículo solar para que recorra untrayecto dado en un tiempo mínimo, considerando que la energía disponible para su movimiento es la principal restricción para este tipo de vehículos. En primer lugar, se desarrolla un modelo en variables de estado para el vehículo solar “Eolian 850”, diseñado y construido por alumnos de ingeniería y de diseño de la Universidad de Chile. Se describe la dinámica del vehículo en su eje longitudinal alplano de simetría considerando las fuerzas resistivas y la fuerza de tracción que actúan sobre el auto que es representado como una masa puntual. Se realiza un modelo de las pérdidas en el sistema de tracción y se determinan sus parámetros. En la modelación del banco de baterías de litio polímero del auto se utiliza el modelo equivalente simplificado de parámetros concentrados de la batería delitio y se realizan pruebas experimentales para determinar la tensión interna del banco necesaria para utilizar el modelo. El problema de optimización se aborda como un problema de control óptimo, partiendo desde una situación simplificada del problema hasta un caso más completo y cercano a la realidad. Utilizando tres grupos de supuestos simplificadores se encontraron soluciones analíticas alproblema de optimización. El caso más general del problema se aborda en forma numérica discretizando las ecuaciones de estado del modelo del auto y utilizando un software de optimización no lineal con restricciones. Para alcanzar el óptimo, se deben realizar variaciones de la velocidad que dependen de las variaciones en la velocidad del viento, de la presencia de pendientes en la ruta, de variacionesespaciales de la potencia solar y de la tensión variable en el banco de baterías. Sin embargo, estas variaciones no permiten reducir en forma significativa el tiempo total de recorrido con respecto a mantener una velocidad constante. I

“Hemos llegado donde muchos no han llegado”
Jorge Arnoldo González G.

II

Agradecimientos
Quisiera agradecer, en primer lugar, a mi familia, en especial amis padres a quienes nunca podré devolverle la mano: María Antonieta González, Vicente Aranda y Valentina Aranda. A mis tíos Waldo Aranda y Omar Aranda por su influencia y complicidad en mi ingreso a la FCFM. A mi primera profesora de música Sonia Bueno por abrirme la puerta hacia el mundo de la música. Por su dedicación y enseñanzas agradezco a los profesores de música de la Facultad de Artes dela Universidad de Chile: Lila Solís, Bárbara Osses, Ximena Matamoros, Enriqueta Brunetto y Fernando Carrasco. Al profesor guía de este trabajo, Sr. Guillermo González, por sus observaciones. Al profesor René Garreaud por su apoyo en la sección de estimación de la radiación solar. Al profesor Ernesto Bianchi por transmitir su experiencia en la forma de trabajar y su ayuda en las pruebas al banco debaterías. Al gran equipo EOLIAN con quienes vivimos una experiencia inolvidable: Adio Stefoni, Álvaro Jesam, Andrés Rojas, Alfredo de la Quintana, Claudio Vergara, Diego Huarapil, Gerdin Heinz, Jaime Fariña, Jaime Muñoz, Juan Pablo Castillo, Manuel Vargas, Patricio Mendoza, Rodrigo Palma, Arturo Searle, Carlos Gherardelli, Cristobal Jofré, Enrique Muñoz, Felipe Herrera, Francisco Bozzo, Hugo...