Modelo de Situación del Transporte de Masa de una Celda de Combustible Regenerativa Unificada

Abstract

En las últimas décadas, la conversión directa de energía química a energía eléctrica vía celdas de combustible ha sido el centro de atención de investigaciones electroquímicas y desarrollos tecnológicos. La tecnología de las celdas de combustible es una alternativa al problema de generación de energía debido a sus características de eficiencia, escalabilidad, confiabilidad, baja o nula emisión de contaminantes. Por medio de técnicas de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD, por sus siglas en inglés) se pueden desarrollar modelos que permiten simular los fenómenos de transporte, así como fenómenos electroquímicos en las Celdas de Combustible, proporcionando a las investigaciones información suficiente para mejorar el desempeño de las celdas por medio de la optimización de su eficiencia versus los costos de fabricación y experimentación. Con la finalidad de evaluar el comportamiento del flujo de oxígeno en el cátodo de una celda de combustible regenerativa unificada, en este trabajo se desarrollaron modelos 3D a microescala de los parámetros de diseño de la capa difusora de gases para tres casos de estudio, por medio del uso del software CFD OpenFOAM. Para obtener los resultados de la velocidad y presión del fluido se utilizó una metodología ampliada para solucionar los problemas de fluidos, definida por las fases: a) Pre-análisis, b) Preprocesamiento, c) Solución y d) Post-procesamiento. Programas en el lenguaje Python fueron utilizados en las etapas de pre-procesamiento y post-procesamiento, automatizando los procesos de diseño de las mallas y el análisis de los datos generados por el solver. Durante el post-procesamiento se determinó que la GDL del caso B proporciona ventajas en la eficiencia de la celda, debido a que presentó menores áreas de estancamiento del fluido, así como las mayores velocidades en el flujo de oxígeno.