Diseño y construcción de una celda demostrativa para la producción de hidrógeno a partir de la electrólisis del agua

Abstract

Durante el siguiente documento se muestra el proceso de construcción de una celda demostrativa para la producción de hidrógeno a partir de la electrólisis de agua potable a temperatura y presión ambiente. En conjunto de lo anterior, se propone diseñar e implementar un sistema capaz de separar y almacenar el hidrógeno y oxígeno. Para esto se considera la toma de las variables involucradas: diferencia de potencial en los bornes de la celda, corriente que circula por la celda y el volumen de hidrógeno y oxígeno producido. El sistema está compuesto por la celda encargada de hacer la electrólisis, un estanque encargado de almacenar el hidrógeno, otro estanque encargado de almacenar el oxígeno, una toma de agua potable y una llave de paso encargada del llenado simultáneo de la celda y los estanques. La estructura de la celda se construye en acrílico de 10 mm de espesor. Esta está constituida por 2 partes principales: Parte superior: encargada de proporcionar separadores para los electrodos, una entrada para el ingreso del agua y un sistema encargado de separar los gases. Parte inferior: encargada de proporcionar una salida del agua, soportar la estructura, soportar los electrodos y proporcionar de un sistema eléctrico para la alimentación de la celda. Para el almacenamiento de los gases se utilizan estanques llenos de agua: al momento de ser producido el hidrógeno y el oxígeno, éstos desplazan al agua contenida en los estanques. Se le realizaron dos pruebas a la celda, para determinar los dos tipos de eficiencias que interesan para este trabajo: eléctrica y térmica. Este concepto mide el cociente entre la energía que se puede recuperar del sistema en función de la energía utilizada para su producción. La eficiencia eléctrica considera que se recupera dicha energía en forma de electricidad, mientras que la eficiencia térmica contempla que se puede recuperar en la combustión del hidrógeno. Los resultados fueron los siguientes: En la primera prueba se inyectan 3,2 [A] y 3,15 [V] en los bornes de la celda, en la cual se obtuvo una eficiencia eléctrica del 43,8% y una eficiencia térmica del 51,9%. En la segunda prueba se inyectan 8,7 [A] y 4,2 [V] en bornes de la celda, en la cual se obtuvo una eficiencia eléctrica del 33,4% y una eficiencia térmica del 39,6%.