Análisis energético de una celda de combustible tipo MIP
Las celdas de combustible son dispositivos electroquímicos que convierten la energía química presente en los combustibles, como el hidrógeno, en energía eléctrica, logrando alta eficiencia y bajo impacto ambiental. Estas se clasifican principalmente en: Celdas de combustible de Membrana de Intercamb...
- Autores:
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García Céspedes, Daniela
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2024
- Institución:
- Universidad Tecnológica de Pereira
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- Repositorio Institucional UTP
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- Acceso en línea:
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Celdas de combustible
Hidrógeno
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Las celdas de combustible son dispositivos electroquímicos que convierten la energía química presente en los combustibles, como el hidrógeno, en energía eléctrica, logrando alta eficiencia y bajo impacto ambiental. Estas se clasifican principalmente en: Celdas de combustible de Membrana de Intercambio Polimérico (CCMIP), Celdas de Combustible de Óxido Sólido (CCOS), Celdas de Combustible de Carbonatos Fundidos (CCCF), Celdas de Combustible Alcalina (CCA), Celdas de Combustible de Ácido Fosfórico (CCAF) y Celdas de Combustible de Metanol Directo (CCMD). Este trabajo se centra en una celda tipo MIP de cátodo abierto de marca y referencia Horizon Fuel Cell Technologies H- 100W. Se presentan las partes de la celda, así como los procesos químicos y físicos que involucran los mecanismos de transferencia de calor y su reacción química interna. Se presentan las especificaciones técnicas y las curvas características de la celda, así como, el banco de pruebas utilizado para el desarrollo experimental. En este trabajo se presentan dos enfoques de estudio para llevar a cabo el análisis energético de la celda de combustible tipo MIP. El primer enfoque consiste en un diseño experimental y el segundo un estudio analítico implementado en el Software Engineering Equation Solver (EES). El primer enfoque se realiza para medir variables de interés como, resistencia de Shunt, voltaje y corriente de la celda, caudal de hidrógeno suministrado y temperaturas en la celda. Para el segundo enfoque se determinan parámetros como pérdidas de calor, potencia y eficiencia energética en cinco casos de estudio. Estos casos de estudio junto al diseño experimental son comparados con los resultados obtenidos por el fabricante como las curvas características, la potencia y eficiencia. Para la caracterización de la celda se encontró que los parámetros que más inciden en las discrepancias entre los resultados experimentales y el fabricante son las condiciones de operación y de degradación de los materiales de la celda. |
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[1] A. Al Naimat y D. Liang, “Substantial gains of renewable energy adoption and implementation in Maan, Jordan: A critical review”, Results in Engineering, vol. 19, núm. June, p. 26, 2023, doi: 10.1016/j.rineng.2023.101367. [2] C. E. Hoicka, J. Lowitzsch, M. C. Brisbois, A. Kumar, y L. Ramirez Camargo, “Implementing a just renewable energy transition: Policy advice for transposing the new European rules for renewable energy communities”, Energy Policy, vol. 156, núm. November 2020, p. 10, 2021, doi: 10.1016/j.enpol.2021.112435. [3] Intergovernmental Panel on Climate Change, Global warming of 1.5°C. 2018. [4] S. Wang, Z. Peng, P. Wang, A. Chen, y C. Zhuge, “A data-driven multi-objective optimization framework for determining the suitability of hydrogen fuel cell vehicles in freight transport”, Appl Energy, vol. 347, núm. June, p. 17, 2023, doi: 10.1016/j.apenergy.2023.121452. [5] X. 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Liso, “Degradation and failure modes in proton exchange membrane fuel cells”, PEM Fuel Cells: Fundamentals, Advanced Technologies, and Practical Application, pp. 199–222, ene. 2022, doi: 10.1016/B978-0-12- 823708-3.00015-8. |
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Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorizaciónhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessTibaquirá Giraldo, Juan EstebanUribe Botero, Andrés FelipeGarcía Céspedes, Daniela2024-11-08T14:02:25Z2024-11-08T14:02:25Z2024https://hdl.handle.net/11059/15419Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homeLas celdas de combustible son dispositivos electroquímicos que convierten la energía química presente en los combustibles, como el hidrógeno, en energía eléctrica, logrando alta eficiencia y bajo impacto ambiental. Estas se clasifican principalmente en: Celdas de combustible de Membrana de Intercambio Polimérico (CCMIP), Celdas de Combustible de Óxido Sólido (CCOS), Celdas de Combustible de Carbonatos Fundidos (CCCF), Celdas de Combustible Alcalina (CCA), Celdas de Combustible de Ácido Fosfórico (CCAF) y Celdas de Combustible de Metanol Directo (CCMD). Este trabajo se centra en una celda tipo MIP de cátodo abierto de marca y referencia Horizon Fuel Cell Technologies H- 100W. Se presentan las partes de la celda, así como los procesos químicos y físicos que involucran los mecanismos de transferencia de calor y su reacción química interna. Se presentan las especificaciones técnicas y las curvas características de la celda, así como, el banco de pruebas utilizado para el desarrollo experimental. En este trabajo se presentan dos enfoques de estudio para llevar a cabo el análisis energético de la celda de combustible tipo MIP. El primer enfoque consiste en un diseño experimental y el segundo un estudio analítico implementado en el Software Engineering Equation Solver (EES). El primer enfoque se realiza para medir variables de interés como, resistencia de Shunt, voltaje y corriente de la celda, caudal de hidrógeno suministrado y temperaturas en la celda. Para el segundo enfoque se determinan parámetros como pérdidas de calor, potencia y eficiencia energética en cinco casos de estudio. Estos casos de estudio junto al diseño experimental son comparados con los resultados obtenidos por el fabricante como las curvas características, la potencia y eficiencia. Para la caracterización de la celda se encontró que los parámetros que más inciden en las discrepancias entre los resultados experimentales y el fabricante son las condiciones de operación y de degradación de los materiales de la celda.Resumen.............................................................................................................................. 1 Abstract ............................................................................................................................... 2 Índice de Ilustraciones......................................................................................................... 5 Índice de Tablas .................................................................................................................. 6 Índice de Anexos................................................................................................................. 7 1. Introducción .............................................................................................................. 1 1.1 Contextualización del problema............................................................................ 1 2. Caracterización de las celdas de combustible........................................................... 5 2.1 Introducción conceptual ........................................................................................ 5 2.2 Tipos de celdas de combustible............................................................................. 6 2.3 Celdas de combustible tipo MIP ........................................................................... 7 2.3.1 Partes de una celda de combustible tipo MIP.................................................. 8 2.3.2 Procesos químicos y físicos de una celda tipo MIP ........................................ 9 2.4 Celda de combustible implementada en el estudio ............................................. 11 2.4.1 Especificaciones técnicas .............................................................................. 12 2.4.2 Curvas características de la celda de combustible tipo MIP ......................... 12 2.4.3 Banco de pruebas de la celda de combustible ............................................... 14 3. Metodología ............................................................................................................ 15 3.1 Diseño experimental............................................................................................ 15 3.1.1 Puesta en marcha del banco de pruebas ........................................................ 15 3.1.2 Instrumentos de medición ............................................................................. 16 3.1.3 Protocolo de pruebas ..................................................................................... 20 3.1.4 Determinación del punto de análisis y parámetros operativos...................... 22 3.2 Análisis energético en EES ................................................................................. 23 3.2.1 Consideraciones............................................................................................. 23 3.2.2 Modelo matemático....................................................................................... 23 4. Resultados y análisis de resultados......................................................................... 30 4.1 Curvas características celda de combustible tipo MIP........................................ 30 4.1.1 Curva de polarización.................................................................................... 30 4.1.2 Curva de potencia.......................................................................................... 31 4.2 Análisis energético .............................................................................................. 32 5. Guía práctica de laboratorio.................................................................................... 35 5.1 Caso de estudio seleccionado.............................................................................. 35 5.2 Consideraciones en la guía.................................................................................. 36 6. Conclusiones........................................................................................................... 37 7. Referencias bibliográficas....................................................................................... 39 8. Anexos.................................................................................................................... 44PregradoIngeniero(a) Mecánico(a)120 páginasapplication/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraIngeniería MecánicaFacultad de Ingeniería MecánicaPereira370 - EducaciónCeldas de combustibleHidrógenoConsumo de energíaCelda de combustibleHidrógenoEficiencia energéticaAnálisis energético de una celda de combustible tipo MIPTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis[1] A. Al Naimat y D. 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La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorizaciónopen.accesshttps://repositorio.utp.edu.coRepositorio de la Universidad Tecnológica de 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