Diseño conceptual y simulación de un banco experimental para la caracterización de una celda de combustible requerida para la alimentación de una residencia cuyo consumo considerado es de hasta 3kW

Abstract

En el presente proyecto integrador se abordará el diseño conceptual y la simulación por medio del software Matlab-Simulink, para obtener la caracterización de un banco de celdas de combustible del tipo de membrana de intercambio protónico PEMFC, para el estudio y obtención de parámetros idóneos como la temperatura, presión y caudal requeridos para generar la mayor eficiencia en operación, para la aplicación estacionaria de alimentación de una residencia de 3kW.

Para cumplir con el objetivo principal de este proyecto, inicialmente se eligió el tipo de celdas de combustible, el cual opere al menor rango de temperatura debido a la aplicación deseada, luego por medio de la curva de polarización de las celdas de combustible, se aproximó valores de voltaje y corriente de operación para obtener un diseño conceptual del banco de celdas de combustible. A partir de esto y considerando la potencia de 3kW que demanda la residencia, se utilizó el modelo matemático del banco de celdas de combustible en Simulink, el cual nos permite simular un banco de 6kW de potencia; luego se realiza el diseño del sistema de inversores con lazo cerrado para así obtener los niveles de tensión alterna de 120Vac y 240Vac, a partir de la salida de voltaje y corriente directa del banco de celdas de combustible.

Una vez obtenido el sistema simulado de generación de energía eléctrica a partir de un banco de celdas de combustible, se realiza la caracterización del mismo, a partir de la variación de los niveles de caudal con respecto al caudal máximo tanto de hidrógeno como de aire; luego se caracteriza al banco con respecto a la variación de temperatura dentro del rango de operación del tipo de celdas de combustible de membrana de intercambio protónico y posteriormente se caracteriza con respecto a la variación de presión de hidrógeno y de aire, todo esto con la finalidad de obtener un punto específico o un rango alrededor de este punto resultante de temperatura, caudal y presión, para generar la mayor eficiencia del banco de celdas de combustible.