Simulación de Flujo Gaseoso en Placa Bipolar de Celda PEMFC

Abstract

Las placas bipolares, elementos constitutivos de las pilas a combustible PEM, poseen en sus caras canales para la circulación de los gases. Los canales se presentan en distintos tipos de geometrías, siendo nuestro caso puntual de estudio las de tipo ¨recto/paralelo¨. Las funciones claves que cumplen estas placas son: distribuir el combustible y el comburente dentro de la celda y evitar su mezcla, conducir la corriente eléctrica fuera de la celda, facilitar el drenaje del agua formada dentro y fuera de la celda y transmitir el calor producido por los fenómenos irreversibles al exterior. En el presente trabajo se procedió a la generación de un modelo 3D de la geometría de las placas utilizadas en nuestro laboratorio, valiéndonos de un programa de diseño asistido por computadora (Solid Edge). Posteriormente se realizó por medio del software OpenFOAM la simulación del flujo de hidrógeno a través de los canales; obteniendo así valores de presiones y velocidades. Se generaron dos modelos matemáticos simplificados basados en las condiciones geométricas que controlan las variables de presión y velocidad. Los modelos fueron utilizados para verificar los resultados obtenidos en nuestra simulación. Estableciendo un estado estacionario para el estudio, se encontraron zonas de baja velocidad como producto de pequeñas áreas de paso. Esto también se pudo identificar en los modelos matemáticos, donde a través de un análisis de sus ecuaciones se encontró que las responsables de este fenómeno eran las variables que definían las áreas de paso. Como consecuencia se propusieron cambios en la geometría, de implementación sencilla que permitirán incrementar el desempeño de la pila de combustible. Por otro lado, se logró obtener un sistema (simulación-modelos) de auto-validación que servirá para futuros análisis.