Análisis de un banco de gases sintéticos para el ensayo de celdas de pilas de combustible de hidrógeno

Abstract

[ES] La cada vez mayor restricción en las emisiones gaseosas en el transporte ha llevado a potenciar el desarrollo de sistemas de propulsión eléctrica. Sin embargo, el uso de sistemas puramente eléctricos basados en baterías presentan desventajas en cuanto a densidad energética, peso y tiempos de recarga, que son críticos para algunas aplicaciones. Por este motivo, en los últimos años se ha potenciado el desarrollo de las pilas de combustible de hidrógeno como una alternativa limpia y eficiente para el futuro. Durante el desarrollo de estos sistemas, es habitual la realización de ensayos en pilas de pequeña escala, de modo que se pueda evaluar el impacto de aspectos como los materiales o configuración de los distintos componentes elementales a un coste reducido. Para ello, en el Instituto Universitario CMT-Clean Mobility & Thermofluids se ha desarrollado un banco de gases sintéticos que permite evaluar experimentalmente este tipo de sistemas, con capacidad para controlar de forma precisa la composición de las corrientes gaseosas de alimentación. En el presente trabajo se efectuará un análisis detallado de la operación de dicho banco mediante el uso de una herramienta de simulación denominada VEMOD, también desarrollada en el Instituto. Dicho modelo será calibrado y validado a partir de datos experimentales en diferentes condiciones de humedad, temperatura, presión y composición de las corrientes gaseosas, centradas fundamentalmente sobre la estabilización de los diferentes sistemas relacionados. Finalmente, se juzgará la capacidad del banco para reproducir variaciones dinámicas de dichos parámetros similares a las de operación real en vehículo.

[EN] Increasing restrictions on gaseous emissions in transport have led to the development of electric propulsion systems. However, the use of purely electric systems based on batteries has disadvantages in terms of energy density, weight and recharge times, which are critical for some applications. For this reason, the development of hydrogen fuel cells has been boosted in recent years as a clean and efficient alternative for the future. During the development of these systems, it is common to carry out tests on small-scale cells, so that the impact of aspects such as materials or configuration of the different elementary components can be evaluated at a reduced cost. To this end, a synthetic gas bench has been developed at the CMT-Clean Mobility & Thermofluids University Institute to experimentally evaluate this type of system, with the capacity to precisely control the composition of the gaseous feed streams. In this work, a detailed analysis of the operation of this bench will be carried out using a simulation tool called VEMOD, also developed at the Institute. This model will be calibrated and validated based on experimental data under different conditions of humidity, temperature, pressure and composition of the gaseous currents, focusing mainly on the stabilisation of the different related systems. Finally, the ability of the bench to reproduce dynamic variations of these parameters similar to a real vehicle operation will be judged.