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Modelado fenomenológico y diseño optimo de celdas de combustible tipo PEM de baja temperatura

Fil: Schmidhalter, Ignacio. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería Química; Argentina.

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Detalles Bibliográficos
Autor Principal: Schmidhalter, Ignacio
Otros Autores: Aguirre, Pío
Formato: Tesis
Lenguaje:Spanish
Publicado: 2020
Materias:
PEM Fuel Cell
Phenomenological modeling
Water management
Liquid water holdup
Fluid dynamics
Optimization
Modelado fenomenológico
Gestión de agua
Retención de agua líquida
Fluidodinámica
Optimización
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/11185/5678
id oai:bibliotecavirtual.unl.edu.ar-handle:11185-5678
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institution Universidad Nacional del Litoral
collection Biblioteca de tesis
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Modelado fenomenológico y diseño optimo de celdas de combustible tipo PEM de baja temperatura
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spelling oai:bibliotecavirtual.unl.edu.ar-handle:11185-56782022-03-22T17:26:56Z Modelado fenomenológico y diseño optimo de celdas de combustible tipo PEM de baja temperatura Phenomenological based models and optimal design of low-temperature PEM Fuel Cells Schmidhalter, Ignacio Aguirre, Pío Tillmetz, Werner Güttel, Robert Amadeo, Norma Miguel, Sergio de PEM Fuel Cell Phenomenological modeling Water management Liquid water holdup Fluid dynamics Optimization PEM Fuel Cell Modelado fenomenológico Gestión de agua Retención de agua líquida Fluidodinámica Optimización Fil: Schmidhalter, Ignacio. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería Química; Argentina. La presente tesis tiene como objetivo la comprensión detallada de los fenómenos que tienen lugar dentro de una pila de combustible de membrana de electrolito de polímero de baja temperatura (PEMFC) a través del modelado fenomenológico. Mediante un enfoque analítico, se obtienen soluciones analíticas simplificadas para el flujo de gas y líquido y la composición del gas en la capa de difusión de gas (GDL) en el lado del cátodo. En adición, se desarrolla un modelo fenomenológico discretizado 1-D para el transporte de masa dentro del lado del cátodo del GDL mediante el uso de ecuaciones integrales sobre volúmenes finitos. El modelo es implementado en el Sistema de Modelado Algebraico General (GAMS). Además, se desarrolla e implementa un modelo de caracterización de la estructura porosa del GDL como una red de tubos cónicos (CTN), con todos los parámetros del modelo determinados mediante datos experimentales de Porosimetría de Intrusión de Mercurio (MIP). Luego, se desarrolla e implementa un modelo simplificado de flujo de gas y líquido para la dinámica de fluidos dentro del CTN. En adición, se desarrolla un modelo de la PEMFC completa, considerando los modelos previos del presente trabajo. Para esto, se desarrolla e integra con los modelos del ánodo y cátodo, un modelo 1-D discretizado de la membrana, considerando simultáneamente flujo de líquido por arrastre electro-osmótico y difusión. Por último, se evalúa la optimización de las variables operativas y de diseño de la PEMFC completa con el objetivo de maximizar la Energía suministrada por mol de combustible alimentado. The objective of the present thesis is the detailed understanding of the phenomena that take place inside a low-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) by phenomenological modeling. Through an analytical approach, simplified analytical solutions are obtained for gas and liquid flow, and for gas composition in the gas diffusion layer (GDL) on the cathode side. In addition, a 1-D discretized phenomenological model is developed for mass transport within the cathode side of the GDL by using integral equations on finite volumes. The model is implemented in the General Algebraic Modeling System (GAMS). Furthermore, a characterization model of the GDL porous media as a conical tube network (CTN) is developed and implemented, with all the parameters of the model determined through experimental data from Mercury Intrusion Porosimetry (MIP). Then, a simplified gas and liquid flow model is developed and implemented for fluid dynamics within the CTN. Moreover, a model of the complete PEMFC is developed, considering the previous models of this work. Thus, a 1-D discretized model of the membrane is developed and integrated with the anode and cathode models, considering liquid flow by electro-osmotic drag and diffusion simultaneously. Finally, the optimization of the operational and design variables of the complete PEMFC is evaluated with the objective of maximizing the energy delivered per mole of fuel fed. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas Centro Universitario Argentino-Alemán Deutscher Akademischer Austauschdienst 2020-11-08T13:43:06Z 2020-11-08T13:43:06Z 2020-10-30 info:eu-repo/semantics/doctoralThesis info:ar-repo/semantics/tesis doctoral info:eu-repo/semantics/acceptedVersion SNRD https://hdl.handle.net/11185/5678 spa info:eu-repo/semantics/openAccess Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0) http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/deed.es application/pdf
score 11.8626

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