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Mejorando el rendimiento de las pilas de combustible con flujos optimizados

Las pilas de combustible convierten la energía química de sustancias combustibles como el hidrógeno o hidrocarburos como el metano, el butano, la gasolina o el gasóleo en energía eléctrica con la que alimentar dispositivos. Investigadores financiados por la Unión Europea desarrollaron un modelo computacional simplificado que simula la distribución del flujo dentro de un conjunto de pilas de combustible que podría mejorar el rendimiento y la eficiencia y, de esta forma, extender la implementación de esta forma de energía renovable y limpia.

Energía

Durante los últimos cincuenta años las pilas de combustible han sido objeto de un interés cada vez mayor como forma alternativa de energía renovable para minimizar la dependencia de los combustibles fósiles y proteger el medio ambiente. Se ha prestado especial atención a las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) debido a su alta eficiencia, bajo coste, capacidad para funcionar con distintos combustibles y, obviamente, sus ventajas medioambientales. Además, la ausencia de partes móviles implica que no emiten vibraciones ni contaminación acústica. No obstante, a menudo la distribución irregular e ineficiente de los flujos del gas reactivo, especialmente en condiciones de consumo elevado de combustible, da como resultado una reducción de la eficiencia y una pérdida de rendimiento. Los investigadores europeos financiados por el proyecto Hydrosofc pretendían aplicar técnicas de modelado de redes de flujo simples, más baratas en términos computacionales que los complejos métodos de dinámica de fluidos computacional (DFC), para investigar los factores más importantes que afectan a la distribución de flujo y poder realizar predicciones fiables. Estos métodos podrían proporcionar antes la precisión que necesitan los ingenieros y mejorar las capacidades de optimización. Los científicos desarrollaron tres modelos diferentes para simular una serie de efectos y su importancia para la distribución de flujo, incluido un modelo DFC semitridimensional, un modelo analítico 2D y un modelo hidráulico 2D. Determinaron que el funcionamiento del grupo de pilas con carga eléctrica (alto consumo de combustible) aumenta la distribución adversa para configuraciones con colectores con flujo en U en los que el flujo entra y sale por el mismo extremo del grupo, mientras que en el caso del flujo en Z el flujo entra por un extremo y sale por el otro. De acuerdo con los modelos, la distribución adversa se determinó mediante el cociente entre la caída de presión en los colectores de entrada y salida del modelo y la caída de presión en el campo de flujo de la pila de combustible. Las mediciones experimentales confirmaron los resultados computacionales y apoyaron la viabilidad del modelo hidráulico para calcular distribuciones de flujo en conjuntos de pilas de combustible con la precisión necesaria para realizar estimaciones de diseño. Los científicos de Hydrosofc han proporcionado un modelo del flujo computacional simplificado capaz de predecir distribuciones adversas de flujo críticas para el rendimiento de las SOFC y han superado uno de los principales obstáculos que existían para una explotación comercial extendida de las SOFC.

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