“Estimación de Estados en Sistemas de Parámetros Distribuidos. Aplicación a un Proceso Electroquímico con Difusión”

R. H. MILOCCO; S. ROJAS; E.B.CASTRO

La Plata, Argentina

Congreso; SIBAE 2006. XVII Congreso de la Sociedad Iberoamericana de Electroquímica; 2006

Sociedad Iberoamericana de Electroquímica

En este trabajo se estudia  el problema del modelado y de la observación de las variables de estado del proceso de evolución y absorción de hidrógeno. El estudio de esta reacción es de importancia en procesos de electrodo, por ejemplo en baterías alcalinas de Ni/MH, donde la observación de los estados asociados al electrodo negativo permite conocer el estado de carga del electrodo y predecir el tiempo de operación del mismo, otra aplicación es en sistemas sometidos a condiciones de corrosión donde la permeación de hidrógeno conduce a la fragilización y rotura, en este caso es interesante conocer la evolución del perfil de concentración de H dentro del material. En este sentido se plantea el modelado del mecanismo de Volmer-Heyrovsky con procesos asociados de absorción y difusión, por medio de aproximaciones fraccionarias que puedan describirse con ecuaciones diferenciales a parámetros constantes. Este enfoque permite obtener, por medio de la simulación y conociendo los estados iniciales, la respuesta temporal del sistema sometido a excitaciones arbitrarias, determinándose simultáneamente la evolución en el tiempo de las variables de estado del sistema: concentración de especies intermediarias adsorbidas y de especies involucradas en el proceso de difusión. Por otro lado, el problema de observación de las variables de estado consiste en determinar la evolución del sistema a partir  de mediciones de corriente y potencial sin conocer necesariamente las condiciones iniciales del mismo. El modelo que describe el sistema en estudio es fuertemente no lineal tanto con respecto a  los parámetros y las variables de estado como a la señal de entrada  (potencial), pero si se conocen el valor de los parámetros del mismo puede resolverse como un sistema  lineal pero variante en el tiempo. Se utilizó el enfoque de aproximación fraccional para establecer un modelo a parámetros concentrados en un conjunto de ecuaciones diferenciales con parámetros variantes en el tiempo. Para determinar en forma práctica la evaluación de los estados se estudió el problema de la observabilidad de sus variables y se resolvió el problema en el contexto estocástico utilizando el filtro de Kalman para sistemas no estacionarios. También se derivaron las condiciones para la observabilidad de los mismos. El procedimiento de estimación de estados se aplicó a un sistema experimental consistente en un electrodo de acero AISI 1045 sumergido en una solución electrolítica de NaOH 0.1M. Los parámetros fisicoquímicos del modelo: coeficiente de difusión de H, constantes cinéticas de reacción, pendientes de Tafel etc, fueron derivados previamente por medio del análisis de la respuesta de impedancia del sistema correspondiente a la región de potenciales asociada a la evolución de H2 .