Principios de funcionamiento de los sopladores de pilas de combustible catódicas en sistemas estacionarios de pilas de combustible
- ¿Cuál es la función principal de un soplador catódico?
- ¿Qué tipo de soplador catódico se utiliza para suministrar aire en aplicaciones estacionarias de pilas de combustible?
- ¿Cuáles son los principios guía de diseño al integrar compresores de aire catódico en un sistema de pila de combustible?
- ¿Cómo difieren los principios de compresión entre los diferentes tipos de compresores de aire catódicos?
- ¿Cuáles son los pros y los contras típicos y las áreas de aplicación típicas de los distintos tipos de compresores de aire catódicos?
- Ver el vídeo educativo sobre sopladores de pilas de combustible catódicas
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¿Cuál es la función principal de un soplador catódico?
Las pilas de combustible necesitan oxígeno en el lado del cátodo para sus reacciones electroquímicas. El intercambio normal de gases en el cátodo no es suficiente para que las pilas de combustible con potencias más altas les suministren suficiente oxígeno.
Por este motivo, los fabricantes de pilas (para las pilas de combustible PEM y SOFC disponibles comercialmente) especifican un caudal de aire y una presión en el lado del cátodo.
¿Qué tipo de soplante de cátodo se utiliza para suministrar aire en aplicaciones estacionarias de pilas de combustible?
Los sistemas estacionarios de pilas de combustible suelen requerir únicamente un soplante catódico, no un soplante de recirculación anódica. Este artículo se centra en las aplicaciones estacionarias que requieren un soplador de aire catódico. Hay diferentes pilas de combustible en el mercado; comercialmente disponibles son los tipos PEM (Polymer Electrolyte Fuel Cell) y SOFC (Solid Oxide Fuel Cell).
¿Cuáles son los principios rectores de diseño a la hora de integrar compresores de aire catódicos en un sistema de pila de combustible?
La presión en el lado del cátodo es especificada por el fabricante de la pila de combustible y el fabricante del sistema la implementa. Aquí, el fabricante de la pila trata de permitir una alta eficiencia para la propia pila de combustible, pero también tiene como objetivo mantener baja la pérdida de potencia parásita para el compresor de aire del cátodo. Esto es especialmente importante, porque la potencia necesaria para la compresión aumenta con la presión. El diseñador de sistemas tendrá en cuenta los siguientes factores clave en la toma de decisiones a la hora de integrar un soplador de aire catódico:
– Eficiencia
– Robustez
– compacidad, integrabilidad y conectividad (por ejemplo, buses de campo)
– evitación de múltiples convertidores CC/CC (-> accionamiento CC)
– capacidad de arranque en frío, controlabilidad
¿En qué se diferencian los principios de compresión de los distintos tipos de compresores de aire catódicos?
En términos puramente esquemáticos, las propiedades de los principios de compresión de aire relevantes (soplante de canal lateral, soplante radial y bombas de garras) se pueden ilustrar de la siguiente manera:
1. Soplante de canal lateral
El compresor de canal lateral es una máquina de flujo continuo. La compresión se crea mediante el flujo de aire arrastrado por las aspas.
Debido a su diseño, los sopladores de aire de canal lateral son robustos, económicos y generan una presión moderada a velocidades moderadas. No requieren mantenimiento y no utilizan aceite.
El diagrama característico anterior muestra que los sopladores de canal lateral están diseñados en principio para funcionar sin flujo, es decir, sobrevivirán a un filtro obstruido sin ningún problema.
La eficiencia mecánica alcanzará hasta el 45%.
2. Bomba de garras
Las bombas de garras son máquinas de desplazamiento positivo adecuadas para generar presiones de +100mbar – +2bar. Son potencialmente libres de aceite y alcanzan un alto rendimiento entre +500mbar y +1500mbar.
El rendimiento mecánico alcanza hasta el 55%.
3. Soplante centrífugo (soplante radial/soplante turbo)
El soplador centrífugo es una máquina de flujo continuo, la acumulación de presión se genera por las fuerzas centrífugas del aire acelerado.
Los sopladores radiales necesitan velocidades más altas para la acumulación de presión media. Como resultado, un soplador centrífugo con presiones finales bajas tiene un diseño simple. Los sopladores con mayores caudales y presiones más altas tienen un diseño elaborado.
El mapa de rendimiento de un soplador radial se ve limitado por el límite de sobretensión. Si el caudal es demasiado bajo, se produce un bloqueo con un riesgo potencial para la bomba. Se pueden tomar contramedidas electrónicas o mecánicas.
Los sopladores centrífugos, con el diseño apropiado, se caracterizan por eficiencias muy altas de hasta un 70 % mecánicamente.
4. Bomba de tornillo
Teóricamente utilizable, sin embargo el uso práctico con pilas de combustible desconocido.
¿Cuáles son los pros y los contras típicos y las áreas de aplicación típicas de los diferentes tipos de compresores de aire catódicos?
| Tipo de soplador | Ventajas | Desventajas | Aplicación típica |
|---|---|---|---|
| Canal lateral | Económico Robusto Sin mantenimiento |
Eficiencia limitada | Sistemas SOFC >3KW con requisitos de presión moderados |
| Tipo de garra | Posibilidad de altas presiones | Mantenimiento de la caja de cambios Costes |
Aplicaciones móviles Células de combustible con alta densidad de potencia o diseñadas para una mayor presión |
| Soplador radial | Alta eficiencia Sin mantenimiento Diseño económico para bajas presiones suficientes |
Se necesita un diseño elaborado para presiones más altas |
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Contenido aportado por Becker International
Gebr. Becker fue fundada en 1885 como „Maschinenfabrik Gebr. Becker“ en Wuppertal-Barmen. Hoy Becker es, en 4ª generación dirigida por sus propietarios. Un fabricante líder mundial de equipos de vacío y neumáticos. Reconocido en todo el mundo y en muchos sectores industriales, las bombas de vacío, compresores y sistemas neumáticos de Becker están disponibles como componentes individuales y como soluciones de sistema completas. En las plantas se fabrican aproximadamente 120.000 aparatos y sistemas al año. El contingente de exportación es del 80%. Con numerosos productos y diseños innovadores, la tecnología de fabricación más moderna e inversiones estratégicas orientadas al futuro, junto con una propiedad familiar estable, tanto los clientes como los proveedores confían en Becker como un socio justo. Becker suministra soplantes catódicos para sistemas con una potencia de pila de combustible de tamaño medio.
Última actualización: 15.1.2023