Simulación de sistemas de generación de hidrógeno

Abstract

El presente trabajo de fin de grado se centra en la realización de simulaciones multifísicas utilizando el software ANSYS en un electrolizador de membrana de intercambio de protones (PEM). El objetivo principal es obtener resultados y conclusiones significativas sobre el análisis de fatiga en el electrolizador. Para lograr esto, se ha desarrollado un modelo computacional del electrolizador utilizando el software SolidWorks. Se han llevado a cabo estudios exhaustivos del problema mecánico y térmico de manera separada, a fin de comprender en profundidad su comportamiento individual. Posteriormente, se ha realizado un análisis termo-mecánico integrado, que tiene en cuenta las interacciones entre las cargas mecánicas y las distribuciones térmicas en el electrolizador. Esta etapa es crucial para evaluar el rendimiento y la vida útil del sistema bajo condiciones reales de funcionamiento. Se ha puesto un enfoque especial en el análisis de fatiga, ya que es un factor crítico para determinar la durabilidad y la integridad estructural del electrolizador. Los resultados obtenidos han revelado información importante. Se ha observado que el aumento de las cargas de pretensión en los tornillos de sujeción del electrolizador conlleva un aumento proporcional en su vida útil. Además, se ha identificado que los tornillos, junto con el soporte, son los primeros componentes en presentar fallas cuando se exceden ciertos niveles de carga. Estos hallazgos proporcionan una perspectiva valiosa para la optimización y el diseño de futuros electrolizadores PEM, ya que permiten identificar las condiciones operativas que maximizan la durabilidad y minimizan el riesgo de fallas. En conclusión, este trabajo de fin de grado ha demostrado la eficacia de las simulaciones multifísicas mediante ANSYS en el análisis de fatiga de un electrolizador PEM. Los resultados obtenidos ofrecen una comprensión más profunda del comportamiento termo-mecánico del sistema y proporcionan una base sólida para la mejora de su diseño y rendimiento. Este estudio sienta las bases para futuras investigaciones en el campo de los electrolizadores y su aplicabilidad en sistemas de producción de hidrógeno a gran escala.