Diseño del sistema de alimentación para un módulo de miniceldas de combustible de etanol

Los módulos de celdas de combustible de membrana electrolítica que operan con alcohol son sistemas de producción de electricidad para dispositivos portátiles por su eficiencia, menor grado de impacto sobre el medio ambiente y operación continua mientras se le suministre combustible. Esta reciente tecnología de creciente investigación requiere mejorar algunos aspectos para su comercialización, referentes tanto al funcionamiento interno de cada celda como al sistema de alimentación de módulos de celdas. En el presente trabajo se diseñó el sistema de alimentación de un módulo pasivo de miniceldas de combustible que trabaja con etanol y cuyo funcionamiento no depende de la orientación del mismo. Para analizar la respuesta del diseño se planteó un modelo matemático en dos dimensiones y en estado estacionario, que considera el transporte de masa y de carga en el sistema con una alimentación constante de combustible. El modelo planteado considera únicamente el balance de masa para etanol y oxígeno, lo cual ignora la posible inundación del cátodo con agua y el taponamiento de la entrada de combustible por la acumulación del CO2 que se genera en el ánodo. Sin embargo, haber prescindido del balance de algunas especies asegura la convergencia de la simulación, garantiza tiempos de procesamiento cortos y no altera significativamente los resultados en el programa Comsol Multiphysics® , se simuló el modelo matemático que describe el desempeño de un módulo de tres miniceldas. Se realizaron experimentos computacionales con el fin de encontrar condiciones aptas de operación, variando la concentración de combustible y temperatura de operación. Aunque el propósito de emplear el módulo en dispositivos portátiles hace necesaria la operación a temperatura ambiente, la densidad de potencia máxima (29 mW/cm2) se obtuvo a una temperatura de 75 oC, con una concentración de combustible de 4 M, una densidad de corriente de 140.6 mA/cm2 y un voltaje de celda de 0.21 V. También se obtuvo la curva de polarización a una temperatura de 75 oC y concentración de etanol de 1 M con el fin de validar el modelo. Este trabajo presenta la primera simulación de un módulo de celdas de combustible a nivel nacional y constituye una herramienta fundamental para el Laboratorio de Electroquímica Aplicada y Superficies (LEAS), pues permitirá predecir los factores con mayor influencia en el desempeño de una celda y del módulo, orientando y facilitando el diseño experimental. Además, la simulación del módulo permite predecir posibles influencias de la operación de una celda sobre las otras, pues comparten la membrana.

• Autores: Polo Garzón, Felipe; Arcila Vélez, Margarita Rosa
• Tipo de recurso: Trabajo de grado de pregrado
• Fecha de publicación: 2011
• Institución: Universidad del Valle
• Repositorio: Repositorio Digital Univalle
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:bibliotecadigital.univalle.edu.co:10893/25825
• Acceso en línea: https://hdl.handle.net/10893/25825
• Palabra clave: Celdas de combustible; Sistemas de alimentación de combustible
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