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Optimización de los fenómenos de transporte de masa y energía acoplados a transferencia de carga en convertidores de energía de hidrógeno

El tema de trabajo es celdas y electrolizadores de electrolito polimérico para hidrógeno/oxígeno. El problema de la eficiencia de conversión de sustancia y energía en dichas celdas radica en elegir el electrocatalizador adecuado y optimizar el proceso completo físico y químico como reactor. El primer aspecto ya fue abordado en el desarrollo de mi trabajo en régimen de DT. El segundo se fue realizando con proyectos anteriores de armado de algunos dispositivos de baja potencia y un par de mediana potencia; 500 W. El transporte de masa de reactivos (agua en este caso) en la celda de combustible y el aumento de su tiempo de residencia permiten alcanzar el ?target? de máxima eficiencia del proceso. Sumado a ello es necesario el diseño de un sistema de celdas en batería para conexiones ya probadas como el modelo multipistón serie/paralelo. Por otro lado, las ecuaciones de transferencia de momento bajo torsión constante se aplicaron utilizando la expresión de Navier-Stokes en coordenadas cartesianas bidimensionales para la celda de combustible y cilíndricas para las tuberías de suministro y desagüe. Se considera válido el flujo laminar y turbulento controlado como el de transferencia de materia constante. En la derivada total sustancial se evaluaron todos los componentes de transporte convectivos y en el balance viscoso solo la difusión de momento porque la componente de torsión la tomamos como constante. Las fuerzas gravitacionales solamente se consideran en las tuberías verticales mientras que las componentes de presión para ellas fueron compensadas con las de fuerzas de corte y fricción con las paredes de las mismas por la inercia de cambio de presión termodinámica. Finalmente, se obtiene en base a las ecuaciones de transferencia de carga para distribución primaria de corriente, las resistencias lineales involucradas en el reactor multipistón. Para una distribución de corriente secundaria se calcularon los adimensionales de ingeniería electroquímica como el Wagner y Damkoehler para el proceso evaluando su distribución en la membrana con la placa bipolar. Esta ecuación se correlacionó con las curvas de potencia obtenidas de la celda de hidrogeno de 500 W de nuestro Laboratorio correlacionando las mismas con modelos teóricos más primitivos de solución exacta pero muy limitada. Para la parte de distribución terciaria de corriente que involucra la transferencia de masa se utilizaron las correlaciones obtenidas en el primer punto del estudio con el balance de masas. En este aspecto se evaluaron los fenómenos de transporte difusivo, convectivo y migratorio para las especies cargadas, o sea para el protón.
  • Ecuacion de NavierStokes
  • Ecuación de Nenrst Planck
  • Ecuacion de Butler Volmer
  • Físico-Química, Ciencia de los Polímeros, Electroquímica