Construcción de un banco automatizado para el manejo de oxígeno e hidrógeno por electrólisis del agua a pequeña escala.

El oxígeno se ha convertido en uno de los bienes más preciados para la humanidad, a raíz de la actual pandemia (COVID-19). Por tanto, se presenta un banco experimental automatizado para el manejo de oxígeno e hidrógeno por medio de electrólisis del agua a baja escala, utilizando la red eléctrica loc...

Full description

Autores:
Solarte Urquiza, Angie Paola
Días Garzón, Daniela Fernanda
Calle González, Juan Sebastián
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2022
Institución:
Universidad de Ibagué
Repositorio:
Repositorio Universidad de Ibagué
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.unibague.edu.co:20.500.12313/5058
Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/20.500.12313/5058
Palabra clave:
Oxigeno - Construcción banco automatizado
Construcción banco automatizado - Electrólisis de agua
Agua a pequeña escala - Oxígeno - Banco automatizado
Hidrogeno - Construcción banco automatizado
Sistemas mecánicos
Diseño
Prototipado
Control electromecánico
Manejo de Oxigeno y Hidrógeno
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Prototyping
Electromechanical control
Hydrogen and oxygen handling
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description El oxígeno se ha convertido en uno de los bienes más preciados para la humanidad, a raíz de la actual pandemia (COVID-19). Por tanto, se presenta un banco experimental automatizado para el manejo de oxígeno e hidrógeno por medio de electrólisis del agua a baja escala, utilizando la red eléctrica local, de manera que contenga cierto grado de autonomía y control del proceso a partir de: monitoreo, manejo y seguridad de los sistemas, definidos en la literatura como fundamentales para el mejoramiento de la eficiencia del proceso de electrólisis. Se desarrollaron los sistemas de control para el suministro de energía, líquido y medición de las variables de temperatura, humedad y presión en puntos estratégicos del banco. Por otro lado, el sistema de control on/off para la activación del compresor establecido en el burbujeador, logra ejecutar a partir del cambio de nivel un lazo de retroalimentación del sistema, aunque se presentaron perturbaciones en las lecturas del sensor resistivo, localizadas en la zona de umbral no previsibles, se obtuvo una respuesta acorde y rápida en la activación y desactivación de electroválvula, sensor Dht 21 y actuador del compresor.
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Se desarrollaron los sistemas de control para el suministro de energía, líquido y medición de las variables de temperatura, humedad y presión en puntos estratégicos del banco. Por otro lado, el sistema de control on/off para la activación del compresor establecido en el burbujeador, logra ejecutar a partir del cambio de nivel un lazo de retroalimentación del sistema, aunque se presentaron perturbaciones en las lecturas del sensor resistivo, localizadas en la zona de umbral no previsibles, se obtuvo una respuesta acorde y rápida en la activación y desactivación de electroválvula, sensor Dht 21 y actuador del compresor.Oxygen has become one of the most precious goods for humanity, as a result of the current pandemic (COVID-19). Therefore, an automated experimental bench is presented for the handling of oxygen and hydrogen by means of electrolysis of water on a small scale, using the local electrical network, so that it contains a certain degree of autonomy and control of the process from: monitoring, management and safety of the systems, defined in the literature as essential for improving the efficiency of the electrolysis process. Control systems were developed for the supply of energy, liquid and measurement of temperature, humidity and pressure variables at strategic points in the bank. On the other hand, the on/off control system for the activation of the compressor established in the bubbler, manages to execute a feedback loop of the system from the change in level, although there were disturbances in the readings of the resistive sensor, located in the unpredictable threshold zone, a consistent and rapid response was obtained in the activation and deactivation of the solenoid valve, Dht 21 sensor and compressor actuator.PregradoIngeniero MecánicoIntroducción.....17 Definición del problema.....17 Objetivos.....18 Objetivo general.....18 Objetivos específicos.....18 Estructura del trabajo.....18 Capítulo 1: Marco teórico.....19 1.1 Fuentes de oxígeno e hidrógeno.....19 1.1.1 Oxígeno.....19 1.1.2 Hidrógeno.....19 1.2 Definición de un electrolizador y clasificación.....20 1.2.1 Clasificación de electrolizadores.....20 Electrolizadores alcalinos.....20 Electrolizadores de membrana de intercambio protónico (PEM).....23 1.2.2 Antecedentes.....24 1.2.3 Patentes.....26 1.2.4 Trabajos de investigación.....27 1.3 Principios de funcionamiento de un electrolizador.....30 1.3.1 Electroquímica.....30 1.3.2 Leyes de Faraday de la electrólisis.....30 1.3.3 Termodinámica.....31 1.3.3.1 Ecuación de estado gases ideales.....32 1.4 Principios de teóricos para análisis de fluidos.....33 1.4.1 Hidrostática.....33 1.4.2 Hidrodinámica.....34 1.4.2.1 Ecuación de continuidad.....34 1.4.2.2 Teorema de Bernoulli.....35 1.4.2.3 Pérdidas de carga por fricción.....35 1.4.2.4 Potencia.....36 1.4.2.5 Cabezal de la bomba.....36 1.4.2.6 Eficiencia de la bomba.....37 1.5 Reconocimiento de parámetros.....37 1.5.1 Consumo energético.....37 1.5.2 Temperatura.....37 1.5.3 Suministro del fluido.....38 1.5.4 Manejo de presiones.....38 1.5.5 Caracterización de gases.....39 1.5.6 Hermeticidad.....39 1.5.7 Normativa y seguridad en la manipulación de gases.....39 Capítulo 2: Marco metodológico.....41 2.1 Búsqueda literaria y definición de variables del proceso.....42 2.2 Estrategias del diseño y construcción del modelo 3D.....42 2.3 Construcción.....43 2.4 Evaluación: Procedimiento experimental.....44 2.4.1 Sistema de bombeo peristáltico.....44 2.4.2 Sistema de control on/off por nivel.....45 2.4.3 Sistema de compresión.....47 2.4.4 Sistema electroquímico.....47 Capítulo 3: Diseño y construcción.....50 3.1 Evaluación de las alternativas propuestas y selección del concepto general dominante.....50 3.1.1 Propuesta de diseño uno.....50 3.1.2 Propuesta de diseño dos.....51 3.1.3 Propuesta de diseño tres.....53 3.2 Matriz de decisión de funciones y requerimientos.....55 3.3 Materiales.....61 3.4 Diseño a partir de sistemas.....63 3.4.1 Sistema electroquímico.....63 3.4.2 Sistemas mecánicos.....66 3.4.2.1 Sistema de medición dispositivo burbujeador.....66 3.4.2.2 Sistema de bombeo.....70 3.4.2.3 Sistema de compresión.....72 3.4.3 Sistema electrónico.....75 3.5 Manufactura de los sistemas del banco automatizado.....77 Capítulo 4: Análisis y resultados.....79 4.1 Adquisición de datos.....79 4.1.1 Gráficos de datos del sistema de bombeo.....79 4.1.2 Funcionamiento del electrolizador: Vida útil de materiales 3D.....80 4.1.3 Control On/Off burbujeadores y medición.....82 4.2 Análisis de resultados.....84 4.2.1 Análisis de datos experimentales y teóricos del electrolizador.....84 4.2.2 Análisis de datos experimentales y teóricos del sistema de bombeo.....85 4.2.3 Análisis de datos sistema de medición y control en los burbujeadores.....85 4.2.4 Análisis de datos experimentales y teóricos del compresor.....86 Conclusiones y recomendaciones.....87 Referencias bibliográficas.....89146 páginasapplication/pdfSolarte Urquiza, A.P. ; Díaz Garzón, D.F. & Calle Gonzáles, J.S.(2022). 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