Modelització d’una pila de combustible tipus PEM mitjançant el Mètode dels Elements Finits

Abstract

En aquest Projecte Final de Carrera es pretén modelar matemàticament una pila de combustible per tal de predir el seu comportament mitjançant el Mètode dels Elements Finits. Primerament es fa un estudi de l’estat de l’art de les piles de combustible on, entre altres aspectes, es presenten les equacions generals que serveixen de base pel model matemàtic en qüestió. Abans de presentar el model es fa un breu resum teòric del Mètode dels Elements Finits i del programari emprat en la modelització, que és GiD i el seu mòdul Tdyn. Definides la teoria i les eines necessàries per a la modelització, es desenvolupa el model matemàtic de les piles de combustible, considerant una sèrie de simplificacions degudament justificades. Les variables que defineixen el problema són la pressió dels gasos reactius, la fracció molar, la velocitat, els potencials elèctric i iònic, i les densitats de corrent elèctric i iònic. Els resultats obtinguts es comparen amb estudis anteriors similars al que s’ha dut a terme i es comprova que hi ha una similitud raonable. A més, es fa un estudi fluidodinàmic de la distribució del mòdul de la velocitat de l’hidrogen a l’ànode segons la velocitat d’entrada i la mida de la pila. Si s’augmenta la velocitat d’entrada, el perfil de velocitats és més homogeni al llarg de la pila, que és el què es vol aconseguir. Tot i així, augmentar la velocitat del gas reactiu empitjora el rendiment de la pila. De manera alternativa, si es redueix la mida de la pila a la meitat el perfil de velocitats també s’homogeneïtza de forma notable sense reduir el rendiment.