Simulación CFD y caracterización de curva de rendimiento en celdas de electrólisis PEM
Este estudio busca contribuir al desarrollo de sistemas de electrólisis más eficientes y sostenibles, reduciendo costos y materiales en prototipos físicos mediante herramientas computacionales. Se enfoca en la simulación multifísica y multifásica del proceso de electrólisis en celdas de membrana de...
- Autores:
-
Cáceres Jolianis, Sebastián
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2024
- Institución:
- Universidad de los Andes
- Repositorio:
- Séneca: repositorio Uniandes
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
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Navier-Stokes
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PEM
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Este estudio busca contribuir al desarrollo de sistemas de electrólisis más eficientes y sostenibles, reduciendo costos y materiales en prototipos físicos mediante herramientas computacionales. Se enfoca en la simulación multifísica y multifásica del proceso de electrólisis en celdas de membrana de intercambio de protones (PEMEC). Comienza replicando un estudio previo realizado por Yifan Xu et al. utilizando OpenFoam, pero en nuestro caso, empleamos Ansys Fluent. El objetivo principal es analizar cómo el suministro de agua líquida por ambos canales afecta la curva de polarización, validando y comparando las curvas de voltaje y densidad de corriente, y replicando el fenómeno de las burbujas de Taylor. El proyecto se divide en tres secciones: primero, una revisión bibliográfica sobre los procesos y ecuaciones necesarias para la dinámica multifísica en celdas de electrólisis PEM; segundo, el modelamiento computacional y la caracterización de propiedades eléctricas y geométricas relevantes; y tercero, la verificación del diseño mediante comparación con datos del estudio previo. Realizamos simulaciones CFD y evaluamos el rendimiento de la celda de electrólisis para determinar la mejor condición de funcionamiento posible. |
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[1] Y. Xu, G. Zhang, L. Wu, Z. Bao, B. Zu y K. Jiao, «A 3-D multiphase model of proton exchange membrane electrolyzer based on open-source CFD,» Digital Chemical Engineering, vol. 1, nº 100004, 2021. [2] A. A. U. I. S. F. y E. T. E. J. , «Diagnóstico base para la Transición Energética Justa,» Bogotá D.C., 2023. [3] Ecopetrol, «Ecopetrol,» 18 03 2022. [En línea]. Available: https://www.ecopetrol.com.co/wps/portal/Home/es/noticias/detalle/Noticias+2021/el-grupo-ecopetrol-inicip-la-produccion-de-hidrogeno-verde-en-colombia. [Último acceso: 20 05 2024]. [4] V. Ruuskanen, J. Koponen, K. Huoman, A. Kosonen, M. Niemelä y J. Ahola, «PEM water electrolyzer model for a power-hardware-in-loop simulator,» International Journal of Hydrogen Energy, vol. 42, pp. 10776-10777, 2017. [5] G. Zhang, L. Fan, J. Sun y K. Jiao, «A 3D model of PEMFC considering detailed multiphase flow and anisotropic transport properties,» International Journal of Heat and Mass Transfer, nº 115, pp. 714-724, 2017. [6] S. S. Lafmejani, A. C. Olesen y S. K. Kær, «VOF modelling of gas–liquid flow in PEM water electrolysis cell micro-channels,» International Journal of Hydrogen Energy, vol. 42, pp. 16333-16344, 2017. [7] ANSYS, Inc., «Ansys Fluent Theory Guide,» de 2021 R2 Engineering Whats Ahead, 2021, pp. 615-617. [8] J. O. Majasan, J. I. Cho, I. Dedigama, D. Tsaoulidis, P. Shearing y D. J. Brett, «Two-phase flow behaviour and performance of polymer electrolyte membrane electrolysers: Electrochemical and optical characterisation,» INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, vol. 43, pp. 15659-15672, 2018. |
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