Modelacion De Una Celda De Combustible

Modelación de una celda de combustible de membrana de intercambio

DANIEL MAURICIO RAMIREZ COVALEDA
Email: dmrc85@hotmail.com
Universidad cooperativa de colombia
Facultad de ingeniería
Ingeniería electrónica


Resumen
Debido a la creciente importancia de las celdas de combustible como fuentes de energía eléctrica, son muchas las investigaciones que se han realizado y continúandesarrollándose acerca de esta materia. Una buena parte de ellas está dedicada a la obtención de modelos matemáticos, capaces de reproducir el comportamiento de las celdas bajo diferentes condiciones de carga, de forma que éstos puedan ser utilizados en la predicción del funcionamiento de estos dispositivos, bajo condiciones reales de operación. En el presente artículo, los autores elaboran un modeloestático para una celda de combustible tipo PEMFC (del inglés Proton Exchange Membrane Fuel Cell o Celda de Combustible de Membrana de Intercambio de Protones), para lo cual utilizan la técnica de los Grafos de Enlace (Bond Graphs). El resultado ha sido validado al reproducir la curva característica de una celda comercial.

Palabras clave Modelado, celda de combustible, PEM, grafo de enlace.Modeling of a proton exchange membrane fuel cell using Bond Graph

Abstract

Due to the increasing and highly promising use of fuel cells as an important electrical energy source, its modeling has been a major research issue for some years. The final goal is to find mathematical models exact enough to accurately predict how a cell will behave in a real world system, without becoming toocomplex. Many attempts have been tried using different techniques. In this paper, the authors describe a static model for the PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) fuel cell, developed by means of Bond Graphs. The model proves to be simple and accurate, reproducing the characteristic curve of a commercial PEM fuel cell. Keywords: Modeling, fuel cell, PEM, bond graph.Due to the increasing and highlypromising use of fuel cells as an important electrical energy source, its modeling has been a major research issue for some years. The final goal is to find mathematical models exact enough to accurately predict how a cell will behave in a real world system, without becoming too complex. Many attempts have been tried using different techniques. In this paper, the authors describe a static modelfor the PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) fuel cell, developed by means of Bond Graphs. The model proves to be simple and accurate, reproducing the characteristic curve of a commercial PEM fuel cell.

Keywords: Modeling, fuel cell, PEM, bond graph.

1. INTRODUCCIÓN
A pesar de que la evolución de las celdas de combustible como fuentes de energía eléctrica ha sido más bien lenta, en lasúltimas décadas se ha producido un violento incremento en cuanto a sus aplicaciones comerciales y a la investigación asociada. En ello ha influido la nueva conciencia ambiental que se extiende por el mundo, así como los altos costos de la energía fósil y la dependencia de los países desarrollados con respecto a proveedores de energía, ahora considerados como poco confiables [1]. Todo ello permiteavizorar un futuro muy prometedor para esta tecnología, aplicable tanto a la generación eléctrica estacionaria (pequeñas y medianas centrales eléctricas, incluso domésticas) [2], como móvil (automóviles, naves espaciales, artefactos electrónicos portátiles, etc.) [4].

Dentro del campo de las celdas de combustible, actualmente se distinguen varias tecnologías [5]: celdas de combustible demembrana de intercambio de protones (PEMFC), alcalinas (AFC), de ácido fosfórico (PAFC), de carbonato fundido (MCFC), de óxido sólido (SOFC), de metanol directo (DMFC) y regenerativas (RFC). De todas ellas, la PEMFC es la que ocupa la mayor atención de las compañías que investigan y desarrollan productos, tal como lo reflejan recientes estudios [1].

En el campo de la investigación asociada a las...