Capitulo 5. Validación del modelo desarrollado

5 VALIDACIÓN DEL MODELO DESARROLLADO
En este capitulo se comparan los resultados del modelo numérico y los obtenidos mediante
experimentación.
Destacar que todos los parámetros han sido fijados (mediante técnicas experimentales o
mediantes búsqueda bibliográfica) y que el único parámetro que ha quedado libre es el
contenido de agua en la membrana. Para la obtención de la cantidad de agua en la membrana
en función de los parámetros de operación se ha usado la base de datos obtenida de todos los
ensayos realizados.
A continuación se adjuntaran la validación de la herramienta desarrollada. Para ello, se
representa en una misma gráfica tanto la curva experimental como la obtenida mediante
métodos numéricos. Destacar una vez más que tan solo se ha validado la zona de pérdidas por
activación y óhmicas.
Debido al número de experimentos que se ha realizado, es este apartado tan solo se muestra
la validación del ensayo 1 y 7 (diferente temperatura de operación). El resto de experimentos
validados se adjuntan en el ANEXO 4.
73
5.1
VALIDACIÓN DEL ENSAYO 1
En la Figura 37 se adjunta tanto la curva de polarización experimental como la obtenida
mediante métodos numéricos. Se observa que el modelo desarrollado predice con bastante
exactitud las prestaciones de la monocelda para este ensayo.
Ensayo 1
1.2
1
Tensión (V)
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
Densidad de corriente (A/cm2)
Experimental
Modelo
Figura 37. Validación de la curva de polarización del ensayo 1
En cuanto a la conductividad eléctrica y a la cantidad de agua en la membrana se adjuntan en
la Figura 38 y en la Figura 39 respectivamente.
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Conductividad electrica
Conductiviad electrica (Ωcm2)
0.025
0.02
0.015
0.01
0.005
0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
Densidad de corriente (A/cm2)
Figura 38. Conductividad eléctrica en función de la densidad de corriente en el ensayo 1
Water Vapor Activity
0.7
Water Vapor Activity
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
Densidad de corriente (A/cm2)
Figura 39. Water Vapor Activity en función de la densidad de corriente en el ensayo 1
Se observa que a medida que aumenta la densidad de corriente aumenta la cantidad de agua
en la membrana y por lo tanto aumenta la conductividad eléctrica en la misma.
75
5.2
VALIDACIÓN DEL ENSAYO 7
La validación del ensayo 7 se adjunto en la Figura 40. En este caso se observa que la curva
experimental y obtenida mediante el modelo tienen buen ajuste para densidad de corriente
superior a 0.1 A/cm2, sin embargo, para bajas densidades de corriente la curva no se ajusta
adecuadamente. La diferencia de este caso con los anteriores es que la temperatura de
operación es de 40 ºC en vez de 55ºC.
A pesar de no ajustarse correctamente, el error máximo cometido es de 0.04V.
Ensayo 7
1.2
1
Tensión (V)
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
Densidad de corriente (A/cm2)
Figura 40. Validación de la curva de polarización del ensayo 7
Los resultados obtenidos de la conductividad eléctrica y la cantidad de agua en la membrana
se adjuntan en la Figura 41 y en la Figura 42 respectivamente.
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Conductividad electrica
0.02
Conductividad electrica (Ωcm2)
0.018
0.016
0.014
0.012
0.01
0.008
0.006
0.004
0.002
0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
Densidad de corriente (A/cm2)
Figura 41. Conductividad eléctrica en función de la densidad de corriente en el ensayo 7
Water Vapor Activity
0.7
Water Vapor Activity
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
Densidad de corriente (A/cm2)
Figura 42. Water Vapor Activity en función de la densidad de corriente en el ensayo 7
77
5.3
CONCLUSIONES DE LA VALIDACIÓN
A la vista de los resultados obtenidos se concluye que:
-
Se ha seleccionado como parámetro de ajuste la cantidad de agua en la membrana.
Este parámetro depende de la densidad de corriente, la temperatura y presión de
operación, la estequiometría en ánodo y cátodo y la humedad relativa de los gases
anódico y catódico.
-
El modelo numérico desarrollado se ajusta a las medidas experimentales en las zonas
de pérdidas por activación y pérdidas óhmicas. En el caso de pérdidas por
concentración no se ha podido validar debido a que no se tienen medidas
experimentales.
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