Asistencia en la fabricación de placas de grafito utilizadas en las celdas de combustible de intercambio de protones por medio de una aplicación virtual
Las celdas de grafito generan energía a través de la reacción química entre hidrogeno y oxígeno, se consideran importantes puesto que son una nueva opción de energía alternativa. Para evaluar la eficiencia de la celda es necesario realizar pruebas a partir de diferentes tipos de estructuras las cual...
- Autores:
-
Martínez Pérez, Karen Dayana
Velásquez Jiménez, Brayan Danilo
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2022
- Institución:
- Universidad Militar Nueva Granada
- Repositorio:
- Repositorio UMNG
- Idioma:
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
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Las celdas de grafito generan energía a través de la reacción química entre hidrogeno y oxígeno, se consideran importantes puesto que son una nueva opción de energía alternativa. Para evaluar la eficiencia de la celda es necesario realizar pruebas a partir de diferentes tipos de estructuras las cuales están limitadas a procesos de producción que no han tenido grandes cambios en la última década, estos pueden ser mejorados por medio del desarrollo de un sistema innovador que ofrezca ventajas tales como una mayor precisión y flexibilidad en la estructura de la pieza, facilitar la creación de los programas NC, visualización de las operaciones durante cada una de las etapas del proceso, guiando al operario a encontrar las soluciones técnicas adecuadas y a su vez permitiendo ajustes en el diseño antes de obtener el resultado final, reduciendo las pérdidas de material que se ven reflejadas en un ahorro económico y de materia prima. |
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A. Martin, M. F. Agnoletti, and E. Brangier, “Users in the design of Hydrogen Energy Systems: A systematic review,” Int. J. Hydrogen Energy, vol. 45, no. 21, pp. 11889–11900, Apr. 2020. K. Y. Shen, S. Park, and Y. B. Kim, “Hydrogen utilization enhancement of proton exchange membrane fuel cell with anode recirculation system through a purge strategy,” Int. J. Hydrogen Energy, vol. 45, no. 33, pp. 16773–16786, 2020. O. Ayotunde Alo, I. Olatunji Otunniyi, Hc. Pienaar, and E. Rotimi Sadiku, “Electrical and mechanical properties of polypropylene/epoxy blend-graphite/carbon black composite for proton exchange membrane fuel cell bipolar plate,” Mater. Today Proc., 2020. P. Chinnasa and W. Ponhan, “Fabrication bipolar plate metal aluminum coated carbon for PEMFC,” Proc. 2015 Int. Conf. Sci. Technol. TICST 2015, pp. 556–560, 2015. J. Diaz, A. Rigail-Cedeño, J. Barzola-Monteses, and M. 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Azofra Rueda, and F. Pisón Ascacíbar, Prácticas de mecanizado en torno y fresadora. 2018. SANDVIK, “Parámetros de fresado.” http://www.sandvik.coromant.com/es. D. H. Vega, N. Marx, L. Boulon, and A. Hernandez, “Maximum efficiency point tracking for hydrogen fuel cells,” Sep. 2014. F. Alshehri, V. García Su arez, J. L. Rueda Torres, A. Perilla, and M. A. M M van der Meijden, “Modelling and evaluation of PEM hydrogen technologies for frequency ancillary services in future multi-energy sustainable power systems,” Heliyon, vol. 5, p. 1396, 2019. F. Botko, M. Hatala, M. Kormǒs, N. Ungureanu, and P. Šoltés, “Using Edgecam for creating CNC programs in education process,” SAMI 2015 - IEEE 13th Int. Symp. Appl. Mach. Intell. Informatics, Proc., pp. 255–259, 2015. M. Georgi, K. Artem, and C. Nadezhda, “Development of an Extended CNC Operator Interface Using Web Technologies and Augmented Reality,” 2019. S. J. Triana and S. O. 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Para evaluar la eficiencia de la celda es necesario realizar pruebas a partir de diferentes tipos de estructuras las cuales están limitadas a procesos de producción que no han tenido grandes cambios en la última década, estos pueden ser mejorados por medio del desarrollo de un sistema innovador que ofrezca ventajas tales como una mayor precisión y flexibilidad en la estructura de la pieza, facilitar la creación de los programas NC, visualización de las operaciones durante cada una de las etapas del proceso, guiando al operario a encontrar las soluciones técnicas adecuadas y a su vez permitiendo ajustes en el diseño antes de obtener el resultado final, reduciendo las pérdidas de material que se ven reflejadas en un ahorro económico y de materia prima.Tabla de contenido 1 Capítulo 1. Introducción y generalidades 10 1.1 Tema 10 1.2 Abreviaturas 10 1.3 Introducción 10 1.4 Planteamiento del problema 14 1.5 Objetivos 14 1.5.1 Objetivo general 15 1.5.2 Objetivos específicos 15 1.6 Justificación 15 1.7 Organización del documento 15 1.8 Alcance y delimitación 16 2 Capítulo 2. Metodología de diseño 18 2.1 Estructuración del problema 18 2.2 Propuesta de ingeniería 18 2.2.1 Parámetros de diseño 18 2.3 Formulación de especificaciones técnicas 19 2.3.1 Parámetros técnicos 19 2.4 Casa de la calidad (QFD) 19 2.5 Análisis DAFO (Debilidades, Amenazas, Fortalezas, Oportunidades) 20 2.6 PDS (Product Design Specification) 21 2.6.1 Identificación del producto 21 2.6.2 Descripción del aplicativo 22 2.6.3 Identificación campo de acción 22 2.6.4 Delimitación temporal 22 2.6.5 Delimitación técnica 23 2.6.6 Requerimientos de las partes interesadas (Stakeholders) 24 3 Capítulo 3. Desarrollo 25 3.1 Tipos de estructuras 25 3.1.1 Estructura serpentín 25 3.1.2 Estructura paralela 26 3.1.3 Estructura espiral 27 3.1.4 Estructura cuadrícula 27 3.2 Parámetros de selección 28 3.2.1 Dimensiones 28 3.2.2 Geometría de los canales 29 3.2.3 Disposición del patrón 30 3.3 Herramientas de mecanizado y parámetros de corte 32 3.3.1 Mecanizado 32 3.3.2 Fresado 32 3.3.3 Parámetros de mecanizado 33 3.3.4 CNC 34 3.3.5 Selección de herramientas 34 3.3.6 Cálculos de corte 36 3.4 Códigos NC 37 4 Capítulo 4. Implementación 47 4.1 Diseño de interfaz 47 4.2 Simulación CAD/CAM 51 4.2.1 SWANSOFT SSCN® 52 4.2.2 CIMCO EDIT® 56 4.2.3 DXF2GCODE® 58 4.2.4 SOLIDWORKS CAM® 59 5 Capítulo 5. Análisis de resultados 61 6 Capítulo 6. Conclusiones 66 7 Capítulo 7. Trabajos futuros 67 8 Referencias 68 9 Anexos 70Graphite cells generate energy through the chemical reaction between hydrogen and oxygen, they are considered important since they are a new alternative energy option. To evaluate the efficiency of the cell it is necessary to carry out tests from different types of structures which are limited to production processes that have not undergone major changes in the last decade, these can be improved through the development of an innovative system that offers advantages such as greater precision and flexibility in the structure of the part, facilitating the creation of NC programs, visualization of operations during each of the stages of the process, guiding the operator to find the appropriate technical solutions and in turn allowing design adjustments before obtaining the final result, reducing material losses that are reflected in economic and raw material savings.Pregradoapplicaction/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 InternationalAcceso abiertoAsistencia en la fabricación de placas de grafito utilizadas en las celdas de combustible de intercambio de protones por medio de una aplicación virtualAssistance in the manufacture of graphite plates used in proton exchange fuel cells through a virtual applicationGRAFITOPROTONESAplicationCode GGraphiteProton exchange membrane fuel cellCNCBipolar platesGrafitoCelda PEMPlacas bipolaresCNCCódigo GAplicativoTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fIngeniería en MecatrónicaFacultad de IngenieríaUniversidad Militar Nueva GranadaA. Martin, M. F. Agnoletti, and E. Brangier, “Users in the design of Hydrogen Energy Systems: A systematic review,” Int. J. Hydrogen Energy, vol. 45, no. 21, pp. 11889–11900, Apr. 2020.K. Y. Shen, S. Park, and Y. B. Kim, “Hydrogen utilization enhancement of proton exchange membrane fuel cell with anode recirculation system through a purge strategy,” Int. J. Hydrogen Energy, vol. 45, no. 33, pp. 16773–16786, 2020.O. Ayotunde Alo, I. Olatunji Otunniyi, Hc. Pienaar, and E. Rotimi Sadiku, “Electrical and mechanical properties of polypropylene/epoxy blend-graphite/carbon black composite for proton exchange membrane fuel cell bipolar plate,” Mater. Today Proc., 2020.P. Chinnasa and W. Ponhan, “Fabrication bipolar plate metal aluminum coated carbon for PEMFC,” Proc. 2015 Int. Conf. Sci. Technol. TICST 2015, pp. 556–560, 2015.J. Diaz, A. Rigail-Cedeño, J. Barzola-Monteses, and M. Espinoza-Andaluz, “A pre-feasibility experimental study of using surface-enhanced flake graphite to build up PEFC bipolar plates,” in Energy Procedia, 2019, vol. 158, pp. 1502–1507.O. A. Aguirre Guevara, “Celdas de hidrógeno y su potencial de aplicación,” 2013.FuelCellStores, “Plates.” https://www.fuelcellstore.com/fuel-cell-components/plates.R. Sengupta, M. Bhattacharya, S. Bandyopadhyay, and A. K. Bhowmick, “A review on the mechanical and electrical properties of graphite and modified graphite reinforced polymer composites,” Prog. Polym. Sci., vol. 36, no. 5, pp. 638–670, 2011.Y. Zhang, V. S. J. Mann, D. Reed, A. Walton, I. R. Harris, and D. Book, “Hydrogen storage properties of nanostructured graphite-based materials,” 2009.M. J. Jackson, G. M. Robinson, and M. P. Brady, “Machining of proton exchange membrane fuel cells using micromilling tools,” Proc. - Electr. Insul. Conf. Electr. Manuf. Expo, 2005, vol. 2005, pp. 479–482, 2005.E. Solfiti and F. Berto, “Mechanical properties of flexible graphite: Review,” Procedia Struct. Integr., vol. 25, no. 2019, pp. 420–429, 2020.D. Fatih, T. Alparslan, T. Gökhan, and A. Kadir, “Effects of Fibre Orientations and Flow Channel Patterns on the Durability of Composite Bipolar Plates Used in PEMFCs,” in 2019 8th International Conference on Modeling Simulation and Applied Optimization (ICMSAO), 2019, pp. 1–5.Y. C. Kao and S. J. Chen, “Development of a quick 3D machining simulation system in supporting smart manufacturing,” IEEE Int. Conf. Autom. Sci. Eng., vol. 2017-Augus, pp. 1493–1498, 2017.M. Plaza and W. Zebala, “A decision model for investment analysis in CNC centers and CAM technology,” Comput. Ind. Eng., vol. 131, no. March, pp. 565–577, 2019.R. Dubovska, J. Jambor, and J. Majerik, “Implementation of CAD/CAM system CATIA V5 in simulation of CNC machining process,” Procedia Eng., vol. 69, pp. 638–645, 2014.A. Pernía Espinoza, J. Blanco Fernández, J. M. Sierra Soto, J. C. Azofra Rueda, and F. Pisón Ascacíbar, Prácticas de mecanizado en torno y fresadora. 2018.SANDVIK, “Parámetros de fresado.” http://www.sandvik.coromant.com/es.D. H. Vega, N. Marx, L. Boulon, and A. Hernandez, “Maximum efficiency point tracking for hydrogen fuel cells,” Sep. 2014.F. Alshehri, V. García Su arez, J. L. Rueda Torres, A. Perilla, and M. A. M M van der Meijden, “Modelling and evaluation of PEM hydrogen technologies for frequency ancillary services in future multi-energy sustainable power systems,” Heliyon, vol. 5, p. 1396, 2019.F. Botko, M. Hatala, M. Kormǒs, N. Ungureanu, and P. Šoltés, “Using Edgecam for creating CNC programs in education process,” SAMI 2015 - IEEE 13th Int. Symp. Appl. Mach. Intell. Informatics, Proc., pp. 255–259, 2015.M. Georgi, K. Artem, and C. Nadezhda, “Development of an Extended CNC Operator Interface Using Web Technologies and Augmented Reality,” 2019.S. J. Triana and S. O. Correa, “Diseño y construcción de las placas bipolares para una celda de combustible de membrena de intercambio protónico de hidrógeno,” 2013.S. Porstmann, T. Wannemacher, and W. G. Drossel, “A comprehensive comparison of state-of-the-art manufacturing methods for fuel cell bipolar plates including anticipated future industry trends,” Journal of Manufacturing Processes, vol. 60. Elsevier Ltd, pp. 366–383, Dec. 01, 2020.GXGN, “Carbon graphite bipolar plate for fuel cell for hydrogen PEM fuel cell.” https://www.gxgngraphite.com/graphite-bipolar-plate-for-fuel-cell/carbon-graphite-bipolar-plate-for-fuel-cell-for-hydrogen-pem-fuel-cell.html.T. Feishine, “Placas de grafito.” http://www.feishinecarbon.es/1-2-graphite-plate.html.Z. Wang et al., “Optimization of channel dimensions and gas diffusion layer thickness based on mass transfer characteristics of proton exchange membrane fuel cell,” 2020 4th CAA Int. Conf. Veh. Control Intell. 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