Diseño y Construcción de un Banco de Pruebas para el Estudio de la Producción de Hidrogeno por Medio de Electrólisis Utilizando Electrolizadores Sin Membranas
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Universidad Santo Tomás
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El almacenamiento de energía eléctrica en forma de hidrógeno se puede realizar por medio de la electrólisis de agua, la cual consiste en hacer pasar una corriente eléctrica por este medio, lo que produce la disociación las moléculas de hidrógeno y oxígeno que componen el agua. En estos momentos existen dos formas comerciales de producir hidrógeno por medio de electrólisis que son la electrólisis alcalina y la electrólisis PEM (proton exchange membrane). La electrólisis alcalina es la
tecnología más avanzada, la cual utiliza catalizadores basados en Ni, Co, Ru, y utiliza electrolito líquido que generalmente es hidróxido de potasio en una solución acuosa.
Los costes de este sistema son relativamente bajos, por lo que es la tecnología más usada en las últimas décadas (Jul et al., 2018). La electrólisis PEM utiliza una membrana de intercambio de protones, la cual cumple, entre otras cosas, la función
de separador de gases. Algunos de los puntos fuertes en la electrólisis PEM es la alta calidad del gas producido, el bajo mantenimiento y una operación sin químicos (Diaz Saenz, 2020); sin embargo, su costo es elevado.
Una alternativa para la electrólisis alcalina y PEM son los electrolizadores sin membrana. Estos sólo necesitan de tres partes para funcionar: un ánodo, un cátodo y una estructura que sirve para facilitar el transporte del fluido junto con la recolección
del producto (Davis, 2019). En años recientes ha crecido su interés ya que disminuyen los costos de producción al no contar con membras de costos elevados para su producción. Su funcionamiento se basa en mecánica de fluidos por lo que es un campo
en el que la facultad de ingeniería mecánica de la Universidad Santo Tomás está interesada, pero el problema es que ahora mismo no se cuenta con un montaje en el que se puedan recolectar datos para avanzar en el estudio del fenómeno y de esta
manera en un futuro diseñar electrolizadores sin membranas. Por estas razones la finalidad de este proyecto es diseñar y construir un banco de prueba de electrolizadores sin membranas en el que se pueda estudiar el efecto que tienen varios de los parámetros de operación de este como el caudal, amperaje, voltaje, etc., en la taza de producción y pureza del hidrogeno obtenido.
Abstract
The storage of electrical energy in the form of hydrogen can be done through water electrolysis, which consists of passing an electric current through water, causing the dissociation of the hydrogen and oxygen molecules that make up the water. Currently, there are two commercial methods for producing hydrogen via electrolysis: alkaline electrolysis and PEM electrolysis (proton exchange membrane). Alkaline electrolysis is the most advanced technology, using catalysts based on Ni, Co, Ru, and a liquid electrolyte, usually potassium hydroxide in an aqueous solution. The costs of this system are relatively low, making it the most widely used technology in recent decades (Jul et al., 2018). PEM electrolysis uses a proton exchange membrane, which, among other things, acts as a gas separator. Some of the strengths of PEM electrolysis are the high quality of the produced gas, low maintenance, and operation without chemicals (Diaz Saenz, 2020); however, its cost is high.
An alternative to alkaline and PEM electrolysis is membrane-less electrolyzers. These require only three parts to function: an anode, a cathode, and a structure that facilitates fluid transport along with product collection (Davis, 2019). In recent years, interest in them has grown because they reduce production costs by not requiring expensive membranes. Their operation is based on fluid mechanics, a field that the mechanical engineering faculty of the Santo Tomás University is interested in, but the issue is that there is currently no setup in place to collect data and advance the study of the phenomenon. This would ultimately help in the future to design membrane-less electrolyzers.
For these reasons, the purpose of this project is to design and build a testing bench for membrane-less electrolyzers, where the effect of various operational parameters such as flow rate, amperage, voltage, etc., on the production rate and purity of the hydrogen obtained can be studied.
Idioma
spa
Palabras clave
Citación
Torres Guzmán, J. E. (2024). Diseño y Construcción de un Banco de Pruebas para el Estudio de la Producción de Hidrogeno por Medio de Electrólisis Utilizando Electrolizadores Sin Membranas. [Trabajo de Grado, Universidad Santo Tomás]. Repositorio Institucional.
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