MODELIZADO DE UNA PILA DE COMBUSTIBLE PEMFC Y DESARROLLO DE INTERFAZ DE USUARIO PARA SU INCORPORACIÓN A LIBRERÍA MATLAB EXISTENTE

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1 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales Proyecto Fin de Carrera MODELIZADO DE UNA PILA DE COMBUSTIBLE PEMFC Y DESARROLLO DE INTERFAZ DE USUARIO PARA SU INCORPORACIÓN A LIBRERÍA MATLAB EXISTENTE Autor : Íñigo Rojas Blasco Tutores : Dr. Felipe Rosa Iglesias Fco. Javier Pino Lucena

2 MODELIZADO DE UNA PILA DE COMBUSTIBLE PEMFC Y DESARROLLO DE INTERFAZ DE USUARIO PARA SU INCORPORACIÓN A LIBRERÍA MATLAB EXISTENTE ÍNDICE DE CONTENIDOS 1. CAPÍTULO 1. HACIA UNA ECONOMÍA BASADA EN EL HIDRÓGENO EL FIN DEL PETRÓLEO BARATO NUEVOS RUMBOS EN LA AUTOMOCIÓN LA GENERACIÓN, TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DEL HIDRÓGENO CAPÍTULO 2. LAS PILAS DE COMBUSTIBLE MECANISMO DE FUNCIONAMIENTO DE LAS PILAS DE COMBUSTIBLE CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA OPERACIÓN CON PILAS DE COMBUSTIBLE VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS PILAS DE COMBUSTIBLE TIPOS DE PILAS DE COMBUSTIBLE CAPÍTULO 3. LAS PILAS DE COMBUSTIBLE DE MEMBRANA POLIMÉRICA O DE INTERCAMBIO PROTÓNICO (PEMFC) ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DE UNA PILA TIPO PEM HISTORIA IMPLANTACIÓN Y EVOLUCIÓN DE LAS PILAS PEM ALGUNAS CARACTERÍSTICAS DE LAS PILAS PEM ELEMENTOS DE LAS PEMFC i

3 EL ELECTROLITO O MEMBRANA (PEM ) LA CAPA DEL CATALIZADOR LA CAPA DE DIFUSIÓN DEL GAS (GDL) MEA LAS PLACAS BIPOLARES EL DISEÑO DE LAS PILAS PEMFC CAPÍTULO 4. CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE LAS PILAS DE COMBUSTIBLE TIPO PEMFC, PARA REALIZAR SU MODELIZADO EL RENDIMIENTO DE LAS PILAS DE COMBUSTIBLE PEM ELECCIÓN DE LAS VARIABLES DEL MODELO TEMPERATURA DE LA CELDA CONDICIONES USUALES DE LOS GASES REACTIVOS A LA ENTRADA PÉRDIDAS DE ACTIVACIÓN, ÓHMICAS Y DE CONCENTRACIÓN PÉRDIDAS DE ACTIVACIÓN PÉRDIDAS ÓHMICAS PÉRDIDAS DE CONCENTRACIÓN CAPÍTULO 5. MODELO DE UNA PILA TIPO PEMFC OBJETIVOS DEL MODELO ECUACIONES DEL MODELO DE LA PILA VARIABLES DE ENTRADA Y DE SALIDA DEL MODELO ECUACIONES ÍNDICE DE PARÁMETROS OTROS DATOS PROPORCIONADOS POR EL MODELO ii

4 6. CAPÍTULO 6. DISCUSIÓN DE RESULTADOS CAPÍTULO 7. DESARROLLO DE INTERFAZ DE USUARIO E INCORPORACIÓN A LIBRERÍA MATLAB EXISTENTE CAPÍTULO 8. APLICACIÓN. COMPARACIÓN DE RESULTADO CON PRUEBAS EXPERIMENTALES CAPÍTULO 9. CONCLUSIONES FINALES CAPÍTULO 10. BIBLIOGRAFÍA iii

5 ÍNDICE DE GRÁFICAS Gráfica 1. Típica curva de polarización de una pila de combustible H 2 / aire, con la contribución de sus pérdidas Gráfica 2. Diagrama Tensión Densidad de corriente de una celda 31 Gráfica 3. Comparación de la variación de la conductividad de diversas membranas al variar su humidificación Gráfica 4. Rendimiento de las celdas, con y sin WML, a diferentes temperaturas de humidificación Gráfica 5. Comparativa Método tradicional Método CCM Gráfica 6. Comparativa de los datos reales (puntos en rojo) con resultado de la simulación (línea continua azul) Gráfica 7. Comparativa de los datos reales (puntos en rojo) con resultado de la simulación (línea continua azul) Potencia Gráfica 8. Curva de polarización de la pila de combustible Gráfica 9. Variación de la presión del hidrógeno a la entrada de la pila Gráfica 10. Datos de demanda de intensidad durante el experimento Gráfica 11. Datos de tensión prporcionada por la pila durante el experimento y de resultados arrojados por la simulación iv

6 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Reacciones en ánodo y cátodo en las pilas de combustible Tabla 2. Características principales de las pilas de combustible.. 16 Tabla 3. Descripción de los factores que determinan los parámetros ξi Tabla 4. Valores de los parámetros ξi, según pruebas experimentales. 38 Tabla 5. de parámetros del modelo Tabla 6. Parámetros de entrada al modelo de la pila Tabla 7. Datos de entrada de la simulación v

7 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Partes fundamentales de una pila de combustible Figura 2. Esquema de funcionamiento de una PEMFC.. 18 Figura 3. Elementos de una celda PEMFC Figura 4. Proceso de solution-casting para membranas de Nafion. 39 Figura 5. Figura esquemática de la membrana compuesta autohumidificadora. 42 Figura 6. Comparación entre los diferentes diseños de los campos de flujo en los platos Figura 7. Bloque de Simulink del programa de simulación de la PEMFC Figura 8. Sistema de bloques bajo la máscara del bloque Pila de combustible PEMFC Figura 9. Sistema completo de bloques para simulación de la pila ante una carga conocida. 66 Figura 10. Interfaz para introducción de los parámetros de la pila vi

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