Modelado de Celda PEM Integrado a un Procesador de Bioetanol

JAVIER A. FRANCESCONI; ROBERTO O. MATO; PIO A. AGUIRRE

CAC-CNEA Buenos Aires

Jornada; II Jornadas Iberoamericanas de Pilas de Combustible e Hidrógeno; 2006

El proceso de generación de hidrógeno a partir del reformado de hidrocarburos acoplado a una celda de combustible es un sistema altamente integrado energéticamente. El uso de simuladores de procesos es una parte esencial para le evaluación de la performance de dichos sistemas. Para un adecuado análisis de la integración energética del sistema procesador-celda es necesario incorporar un modelo de la celda que permita evaluar la influencia de las variables operativas o de diseño sobre el sistema integrado. El presente trabajo presenta una revisión de los modelos de celda PEM citados en la literatura con el objeto de introducir un modelo de celda de combustible dentro de la herramienta de simulación de procesos HYSYS. Existen numerosos trabajos relativos al modelado de celdas de tipo de membrana de intercambio protónico (PEM). Dos tipos de modelados han sido abordados en la literatura, modelos teóricos o mecanísticos y modelos basados en un análisis empírico. Los primero generalmente requieren del conocimiento de parámetros que no son fácilmente obtenibles, tales como, coeficientes de transferencia, niveles de humedad, membrana, electrodo y espesor de la capa activa del catalizador. Los modelos empíricos, por otro lado, son generalmente precisos sobre un pequeño rango de operación. En forma conjunta a la celda de combustible es necesario incorporar elementos auxiliares como humidificadores, compresores, y condensadores así como bombas y ventiladores pertenecientes al equipo de enfriamiento de la pila. El modelo desarrollado permitió evaluar la influencia de variables operativas de la celda sobre la eficiencia del sistema. El procesador bajo estudio consiste de un reformador de etanol como fuente de hidrógeno, acompañado por el sistema de purificación conformado por dos reactores water-gas-shift y un reactor de oxidación preferencial de monóxido de carbono. Se analizó la influencia de la presión y temperatura de celda, así también como la utilización de hidrógeno de la misma. Los resultados muestran que la presión y utilización de hidrógeno afectan la eficiencia energética del procesador. Sin embargo la temperatura no ejerce un efecto importante en la eficiencia del proceso pero sí influye en el requerimiento de agua fresca del mismo.