Mejora del rendimiento de las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) utilizando canales de flujo en V simétricos
Autores: Guerbazi, Mohamed El Amine; Chine, Adel; Khaldi, Fouad; Mohammedi, Abdallah; Zereg, Alaeddine; Lebaal, Nadhir
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Mejora del rendimiento de las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) utilizando canales de flujo en V simétricos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Estudio
SVTC
Geometría
Rendimiento
Configuración
Transporte de masa
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio presenta una geometría de campo de flujo de sección transversal simétrica en V (SVTC) optimizada para una celda de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) de canal único. Su rendimiento se evalúa a través de simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) tridimensionales realizadas con ANSYS FLUENT 18.1. La arquitectura SVTC incorpora paredes laterales anguladas que reducen progresivamente el ancho del canal, con el objetivo de acelerar la difusión de masa y aumentar la efectividad de los reactivos en la celda. Se analizaron métricas de rendimiento, incluyendo densidad de corriente, caída de presión y potencia neta, a través de seis configuraciones SVTC con diferentes relaciones de reducción. La evaluación comparativa con un canal rectangular convencional indica que el diseño SVTC mejora la distribución de hidrógeno y oxígeno, mejora la gestión del agua y reduce las pérdidas de transporte de masa. Específicamente, la configuración R5 mostró los resultados más favorables, alcanzando una densidad de potencia neta máxima de 0.297031 W/cm2 mientras reduce la caída de presión en aproximadamente un 21% en relación con la configuración R1. Además, la configuración SVTC mejora tanto la densidad de corriente como la densidad de potencia, demostrando su efectividad en la mejora del transporte de masa y el rendimiento general de la celda. El diseño también demostró una mejor uniformidad en la distribución de reactivos y estabilidad operativa en diversas condiciones de carga. Estos hallazgos subrayan el papel crítico de la geometría del canal en el rendimiento de la PEMFC y destacan el potencial de los diseños SVTC para permitir sistemas de celdas de combustible más eficientes y escalables a través de una optimización geométrica específica.
Descripción
Este estudio presenta una geometría de campo de flujo de sección transversal simétrica en V (SVTC) optimizada para una celda de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) de canal único. Su rendimiento se evalúa a través de simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) tridimensionales realizadas con ANSYS FLUENT 18.1. La arquitectura SVTC incorpora paredes laterales anguladas que reducen progresivamente el ancho del canal, con el objetivo de acelerar la difusión de masa y aumentar la efectividad de los reactivos en la celda. Se analizaron métricas de rendimiento, incluyendo densidad de corriente, caída de presión y potencia neta, a través de seis configuraciones SVTC con diferentes relaciones de reducción. La evaluación comparativa con un canal rectangular convencional indica que el diseño SVTC mejora la distribución de hidrógeno y oxígeno, mejora la gestión del agua y reduce las pérdidas de transporte de masa. Específicamente, la configuración R5 mostró los resultados más favorables, alcanzando una densidad de potencia neta máxima de 0.297031 W/cm2 mientras reduce la caída de presión en aproximadamente un 21% en relación con la configuración R1. Además, la configuración SVTC mejora tanto la densidad de corriente como la densidad de potencia, demostrando su efectividad en la mejora del transporte de masa y el rendimiento general de la celda. El diseño también demostró una mejor uniformidad en la distribución de reactivos y estabilidad operativa en diversas condiciones de carga. Estos hallazgos subrayan el papel crítico de la geometría del canal en el rendimiento de la PEMFC y destacan el potencial de los diseños SVTC para permitir sistemas de celdas de combustible más eficientes y escalables a través de una optimización geométrica específica.