SAI-Servicio de Actualización Informativa

SAI-Número: 2018/284

Lunes, 30 de Abril de 2018


Una simple rejilla aumenta la eficiencia de la pila de combustible en más del 30 por ciento


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TurbuGrid es el nombre de una pequeña rejilla de plástico de aproximadamente 16 x 16 cm que puede aumentar notablemente la eficiencia de un stack de pilas de combustible refrigeradas por aire. Las pruebas de los investigadores de AAU muestran un aumento en la eficiencia de al menos 33.5 por ciento, pero esto puede ser incluso mayor si la red se agrega a pilas de pilas de combustible completamente nuevas. El aumento se debe al hecho de que la cuadrícula agrega turbulencia al aire que fluye hacia los canales en la pila. La turbulencia tiene un efecto importante en la transferencia de calor que ocurre en las pilas de combustible, y esto tiene implicaciones importantes sobre cuán alta se puede lograr una densidad de potencia a partir de las pilas de combustible.

Nos gustaría que la pila de combustible funcione a aproximadamente 50-60 grados porque la reacción entre el oxígeno y el hidrógeno tiene las mejores condiciones a esa temperatura. Entonces, necesitamos un método efectivo de transferir el calor residual que se produce dentro de la pila de combustible para que la pila no se sobrecaliente, dice Torsten Berning, profesor asociado en el Departamento de Tecnología de Energía de la Universidad de Aalborg.

El aire aspirado a través de un stack de pilas de combustible fluye de forma laminar (lo opuesto a turbulento). Pero los investigadores de la Universidad de Aalborg descubrieron que al agregar una turbulencia artificial al flujo de aire mediante el uso de una rejilla de plástico pequeña, se puede aumentar la transferencia de calor al aire y asegurar una mayor eficiencia porque la pila de combustible no se calienta demasiado.

Agregar turbulencia artificial al flujo de aire es un cambio radical en el enfoque para obtener más de una pila de combustible. Esto se debe al hecho de que anteriormente el enfoque en lograr una mayor eficiencia se centraba en evitar una caída de presión y no en una transferencia de calor más efectiva.

Anteriormente, los investigadores y la industria tenían como objetivo crear un flujo de aire lo más laminar posible. Pero nuestra investigación muestra que se trata mucho más de garantizar una transferencia de calor efectiva, y esto se puede lograr agregando turbulencia, dice Torsten Berning.

Cuanto más potencia, más calor
Cuanta más potencia se extrae de un stack de pilas de combustible, más caliente se vuelve la pila. Por eso es importante lograr un mejor control de la temperatura dentro de las pilas. Con el flujo de aire laminar, la transferencia de calor es relativamente pobre, y esto limita la cantidad de energía que se puede extraer del stack de pilas de combustible.

Si no somos buenos controlando la transferencia de calor, la pila se calentará demasiado rápidamente, y no podemos extraer tanta potencia como realmente existe. Pero al agregar turbulencia, vemos resultados significativos en términos de asegurar una transferencia de calor eficiente al aire y, por lo tanto, también un marcado aumento en la eficiencia de la pila de combustible, dice Torsten Berning.

Todo lo que hay dentro de una pila de combustible es muy pequeño, lo que dificulta calcular y medir la temperatura con precisión. Torsten Berning y sus colegas de investigación utilizaron modelos de computadora en combinación con experimentos físicos. Y los resultados tanto de los modelos como de la realidad fueron claros: un marcado aumento en la eficiencia y la potencia de salida cuando se agrega la rejilla.

Aumento de la vida útil de las pilas de combustible antiguas
Las pilas de combustible refrigeradas por aire se utilizan actualmente en el manejo de materiales con carretillas elevadoras, como plantas de energía de emergencia para TI y la industria de telecomunicaciones y para drones más pequeños. Las pilas de combustible suelen durar de 5 a 6 años, dependiendo de cómo hayan sido operadas, pero al agregar la rejilla al stack de pilas de combustible será posible prolongar la vida útil porque la temperatura en las pilas se controla de una manera más apropiada. un stack de pilas de combustible refrigerada por aire cuesta al menos 1.000 $/kW, por lo que, además de utilizar la red en las nuevas pilas, también puede ser un buen negocio agregarla a las pilas de pilas de combustible que ya están en funcionamiento.

La Universidad de Aalborg y Torsten Berning han solicitado una patente sobre la invención y ahora están buscando socios industriales interesados en colaborar en el futuro. El proyecto detrás de la invención TurbuGrid cuenta con el apoyo de EUDP (Programa de Demostración y Desarrollo de Tecnología Energética).


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