Design and manufacture of plates with bio-inspired geometry for the production of electrical energy using hydrogen

El medio ambiente como se conoce actualmente está sufriendo una de sus peores etapas y cada vez más escasean los combustibles, principales causantes de los gases de efecto invernadero que están alojados en la atmosfera, es así que se plantea la investigación de la celda de combustible (PEMFC) en pro de la búsqueda de alternativas que sean cero emisión, en donde se involucra un proceso químico, reaccionando hidrogeno y oxigeno permitiendo la extracción del protón para ser usado como energía eléctrica, durante la fabricación del prototipo se utilizaron placas de grafito en donde se cortaron geometrías que fueron minuciosamente seleccionadas para obtener los mejores rendimientos de la celda de combustible, además de esto se reutilizaron membranas de Nafion con poco uso lo que permitieron que la celda estuviese en las mejores condiciones, durante el proceso se encontraron fenómenos particulares que permitieron entender de una manera mucho más practica el funcionamiento de la celda realizando analogías con respecto al funcionamiento de un capacitor, por otra parte, se tiene en cuenta que el residuo final del experimento es agua, la misma puede ser utilizada para volver a generar hidrogeno y ser reutilizado sobre la celda, luego de haber realizado todas las respectivas pruebas se pudieron notar cambios considerables con respecto al consumo de combustible ya que con menos cantidades de hidrogeno se pudieron generar diferenciales de energía y flujos de corriente similares a los registrados en la celda de combustible que ya venía de fábrica, lo que permitió concluir que el experimento había sido completamente exitoso.Lista de tablas 7 Lista de ilustraciones 9 RESUMEN 10 ABSTRACT 11 1. PROBLEMA 12 1.1 IDENTIFICACIÓN 12 1.2 DESCRIPCIÓN 13 1.3 PLANTEAMIENTO 14 2. DELIMITACIÓN 15 2.1 CONCEPTUAL 15 2.2 GEOGRÁFICA 15 2.3 CRONOLÓGICA 15 3. OBJETIVOS 18 3.1 OBJETIVO GENERAL 18 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 18 4. ANTECEDENTES 20 4.1 INTERNOS 22 4.2 EXTERNOS 25 5. JUSTIFICACIÓN 27 6. MARCO REFERENCIAL 29 6.1 MARCO TEÓRICO 33 6.2 MARCO CONCEPTUAL 36 6.3 MARCO HISTÓRICO 37 6.4 MARCO AMBIENTAL 41 7. METODOLOGÍA 41 8. CAPÍTULOS 42 8.1 DISEÑO. 42 8.2 FABRICACIÓN 51 8.3 SIMULACIÓN POR ELEMENTOS FINITOS 58 8.4 ENSAYOS 64 Banco de pruebas HORB (HYDROGEN OXYGEN REACTION BENCH) 65 8.5 RESULTADOS 66 9. CONCLUSIONES 80 10. RECOMENDACIONES 82 GLOSARIO 84 BIBLIOGRAFÍA 85 ANEXOS 89The environment as it is currently known is undergoing one of its worst stages and fuels are increasingly scarce, the main causes of greenhouse gases that are housed in the atmosphere, so the investigation of the fuel cell is proposed ( PEMFC) in favor of the search for alternatives that are zero emission, where a chemical process is involved, reacting hydrogen and oxygen allowing the extraction of the proton to be used as electrical energy, during the manufacture of the prototype graphite plates were used where geometries that were carefully selected to obtain the best performance of the fuel cell were cut, in addition to this, Nafion membranes were reused with little use, which allowed the cell to be in the best conditions, during the process, particular phenomena were found that allowed understand in a much more practical way how it works the cell making analogies regarding the operation of a capacitor, on the other hand, it is taken into account that the final residue of the experiment is water, it can be used to regenerate hydrogen and be reused on the cell, after having made in all the respective tests, considerable changes could be observed with respect to fuel consumption, since with less quantities of hydrogen, power differentials and current flows similar to those registered in the fuel cell that had already come from the factory could be generated, which allowed conclude that the experiment had been completely successful.Pregrad