Desarrollo de un generador de electricidad basado en una pila de celdas de combustible de alcohol directo [recurso electrónico] /
Francisco Javier del Río Rivera
- 1 disco compacto
Tesis (Maestría en Ciencias en Energía Renovable) .-- Centro de Investigación Científica de Yucatán, 2012.
En el desarrollo de este trabajo se construyó un prototipo de pila de celdas de combustible de etanol directo y su sistema de control electrónico, empleando tres etapas principales las cuales fueron el diseño y simulación por computadora de los componentes para conocer su comportamiento, la fabricación de las piezas y la evaluación del desempeño. En la etapa de diseño se propusieron cuatro modelos de platos bipolares con diferentes geometrías de campos de flujo. Asimismo, se diseñaron cuatro modelos de platos finales con diferentes geometrías y toda la pila de celdas de combustible (PCC) pieza por pieza. Posteriormente, se diseñó un sistema de control electrónico que monitorea y controla las variables de operación. Para la etapa de simulación se emplearon programas de cómputo que permitieron evaluar el comportamiento de los diseños propuestos. Se empleó Ansys® Fluent para analizar la dinámica de los fluidos en los canales del plato bipolar anódico, perfiles de velocidad, régimen de flujo, presión dinámica y estática. Para conocer el comportamiento mecánico de los platos finales sometidos a esfuerzos de compresión se empleó Ansys® APDL con el cual fue posible conocer la deformación de los platos en función a la distribución de los esfuerzos y la geometría de cada modelo. En cuanto al sistema de control, se simularon los circuitos electrónicos en Proteus® y Livewire® para prever posibles errores de diseño. Una vez que fueron analizados los resultados de cada simulación, se seleccionó el mejor modelo de plato bipolar y de plato final. Para la fabricación de los platos bipolares se desarrolló un proceso de diferentes etapas que consistió en la preparación de la pieza, acabado espejo y técnicas de maquinado asistido por computadora. Asimismo, se integraron nuevos desarrollos de sellos con la tecnología que se ha investigado y ha sido desarrollada en prototipos anteriores en el laboratorio. Finalmente, se realizó el ensamblaje de la PCC integrando las piezas fabricadas e instalando resistencias de calentamiento y sensores de temperatura. El sistema que controla las variables de operación de la PCC fue integrado en un gabinete que incluye fuentes de alimentación de 5 V, 12 V y -12 V, una tarjeta electrónica que se diseñó para acondicionar las señales de los sensores de temperatura, presión y humedad, optimizando el número de entradas y salidas analógicas conectadas a la tarjeta de adquisición de datos DAQ. Las señales adquiridas por la DAQ se enviaron a una computadora y fueron monitoreadas empleando una interfaz de indicadores y controles programada en LabView®. Se instalaron fusibles para proteger las resistencias calefactoras, los ventiladores de enfriamiento, las fuentes de alimentación y los sensores. Para la llevar a acabo las pruebas electroquímicas se integró el sistema de control de operación con la PCC evaluando su desempeño bajo diferentes condiciones de temperatura y caudal de los reactantes. Se realizaron voltamperometrías cíclicas para obtener las curvas de polarización y los valores máximos de potencial y densidad de corriente. Aunado a esto se realizaron pruebas de espectroscopía de impedancia con barrido de frecuencia para determinar la resistencia y conocer el circuito eléctrico equivalente.