diseÑo e implementaciÓn de un convertidor utilizando
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DISENO E IMPLEMENTACION DE UN CONVERTIDOR UTILIZANDO CELDAS DE
HIDROGENO COMO FUENTE DE ENERGIA
LUNA JULIANA ORTIZ SERRANO
DIEGO ALEJANDRO GRILLO PÁEZ
TRABAJO DE GRADO PRESENTADO PARA OPTAR EL TÍTULO DE
INGENIERO ELECTRÓNICO
DIRECTOR:
ING. RAFAEL FERNANDO DÍEZ MEDINA Ph.D
PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA
FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
DEPARTAMETNO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
BOGOTÁ
2014
ii
RECTOR MAGNÍFICO:
JORGE HUMBERTO PELÁEZ PIEDRAHITA, S.J
DECANO ACADÉMICO:
ING. JORGE LUIS SANCHEZ PEREZ
DECANO DEL MEDIO UNIVERSITARIO:
ANTONIO JOSÉ SARMIENTO NOVA S. J.
DIRECTOR DE CARRERA:
ING. JAIRO ALBERTO HURTADO LONDOÑO
DIRECTOR DEL TRABAJO DE GRADO:
ING. RAFAEL FERNANDO DÍEZ MEDINA Ph.D
i
INDICE DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................................ 1
1. OBJETIVOS ......................................................................................................................................... 3
1.1. Objetivo general ............................................................................................................................ 3
1.2. Objetivos específicos ..................................................................................................................... 3
2. MARCO TEÓRICO ............................................................................................................................ 3
2.1. Electrolizador ................................................................................................................................ 3 2.1.1. Electrólisis ................................................................................................................................ 3
2.1.2. Componentes del electrolizador ............................................................................................... 4
2.2. Arreglo de celdas tipo PEM ......................................................................................................... 5 2.2.1. Celdas de combustible ............................................................................................................. 5
2.2.2. Celdas tipo PEM ...................................................................................................................... 6
2.3. Convertidor de potencia tipo Ćuk ............................................................................................... 6 2.3.1. Configuración y características ................................................................................................ 7
2.3.2. Modo de funcionamiento continuo .......................................................................................... 7
2.3.2.1. Estado TON ......................................................................................................................... 8
2.3.2.2. Estado TOFF ........................................................................................................................ 8
2.3.2.3. Análisis de voltajes y corrientes ........................................................................................ 9
3. ESPECIFICACIONES ...................................................................................................................... 12
3.1. Electrolizador .............................................................................................................................. 12
3.2. Celdas tipo PEM ......................................................................................................................... 12
3.3. Convertidor ................................................................................................................................. 13
3.4. Carga ............................................................................................................................................ 14
4. DESARROLLO Y RESULTADOS .................................................................................................. 15
4.1. Caracterización estática del electrolizador. .............................................................................. 15
4.2. Caracterización de las celdas tipo PEM. ................................................................................... 16 4.2.1. Caracterización estática de las celdas tipo PEM. ................................................................... 16
4.2.2. Caracterización dinámica de las celdas tipo PEM. ................................................................ 32
4.3. Diseño del convertidor Ćuk ........................................................................................................ 32 4.3.1. Cálculos convertidor Ćuk ....................................................................................................... 32
4.3.2. Elaboración de las inductancias ............................................................................................. 35
4.3.3. Circuito impreso ..................................................................................................................... 38
4.3.3.1. Esquemático etapa de potencia ........................................................................................ 38
4.3.3.2. Esquemático etapa de control .......................................................................................... 38
4.3.3.3. Esquemático convertidor Ćuk con el control ................................................................... 39
4.3.4. Implementación del convertidor. ........................................................................................... 40
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................................................................ 49
5.1. Caracterización estática del sistema de celdas de combustible ............................................... 49 5.1.1. Caracterización estática del electrolizador ............................................................................. 49
5.1.2. Caracterización estática del arreglo de celdas tipo PEM ....................................................... 50
5.2. Caracterización dinámica de la celda ........................................................................................ 54 5.2.1. Pasos de voltaje ...................................................................................................................... 54
5.2.2. Pasos de carga ........................................................................................................................ 58
5.3. Implementación del convertidor Ćuk con las celdas de hidrógeno tipo PEM. ...................... 63
6. CONCLUSIONES .............................................................................................................................. 66
7. BIBLIOGRAFÍA Y FUENTES DE INFORMACIÓN ................................................................... 67
ii
INDICE DE GRÁFICAS
Gráfica 1: Voltaje de las inductancias L1 y L2 con respecto al tiempo. ....................................................... 11 Gráfica 2: Corriente de las inductancias L1 y L2 con respecto al tiempo. .................................................... 11 Gráfica 3: Curva característica LEDs 1W. Tomado de [20] ........................................................................ 33 Gráfica 4: Comportamiento térmico del electrolizador con respecto al tiempo. .......................................... 49 Gráfica 5: Comportamiento la corriente con respecto al tiempo. ................................................................. 49 Gráfica 6: Comportamiento la corriente con respecto a la temperatura. ...................................................... 50 Gráfica 7: Respuesta de voltaje vs corriente celdas tipo PEM. .................................................................... 51 Gráfica 8: Respuesta de potencia vs resistencia en la carga celdas tipo PEM. ............................................ 51 Gráfica 9: Respuesta de potencia vs voltaje de salida en celdas tipo PEM. ................................................. 52 Gráfica 10: Respuesta de potencia vs corriente de salida celdas tipo PEM. ................................................ 52 Gráfica 11: Potencia máxima entregada contra flujo de hidrógeno. ............................................................ 53 Gráfica 12: Dos pasos en una carga de 10Ω. ................................................................................................ 54 Gráfica 13: Borde de subida en una carga de 10Ω. ...................................................................................... 54 Gráfica 14: Borde de bajada en una carga de 10Ω. ...................................................................................... 54 Gráfica 15: Dos pasos en una carga de 15Ω. ................................................................................................ 55 Gráfica 16: Borde de subida en una carga de 15Ω. ...................................................................................... 55 Gráfica 17: Borde de bajada en una carga de 15Ω. ...................................................................................... 55 Gráfica 18: Dos pasos en una carga de 20Ω. ................................................................................................ 56 Gráfica 19: Borde de subida en una carga de 20Ω. ...................................................................................... 56 Gráfica 20: Borde de bajada en una carga de 20Ω. ...................................................................................... 56 Gráfica 21: Borde de subida en una carga de 30Ω. ...................................................................................... 57 Gráfica 22: Borde de subida sección 1 en una carga de 30Ω. ...................................................................... 57 Gráfica 23: Borde de subida sección 2 en una carga de 30Ω. ...................................................................... 57 Gráfica 24: Borde de bajada en una carga de 30Ω. ...................................................................................... 58 Gráfica 25: Dos pasos en una carga de 30Ω. ................................................................................................ 58 Gráfica 26: Dos pasos con un voltaje de 3,25V. .......................................................................................... 59 Gráfica 27: Borde de bajada con un voltaje de 3,25V. ................................................................................. 59 Gráfica 28: Borde de subida con un voltaje de 3,25V. ................................................................................. 59 Gráfica 29: Dos pasos con un voltaje de 3,5V. ............................................................................................ 60 Gráfica 30: Borde de bajada con un voltaje de 3,5V. ................................................................................... 60 Gráfica 31: Borde de subida con un voltaje de 3,5V. ................................................................................... 60 Gráfica 32: Dos pasos con un voltaje de 3,75V. .......................................................................................... 61 Gráfica 33: Borde de bajada con un voltaje de 3,75V. ................................................................................. 61 Gráfica 34: Borde de subida con un voltaje de 3,75V. ................................................................................. 61 Gráfica 35: Dos pasos con un voltaje de 4,0V. ............................................................................................ 62 Gráfica 36: Borde de bajada con un voltaje de 4,0V. ................................................................................... 62 Gráfica 37: Borde de subida con un voltaje de 4,0V. ................................................................................... 62 Gráfica 38: Señales de potencia a la entrada y a la salida del convertidor con 3,25V en el electrolizador. . 63 Gráfica 39: Señales de potencia a la entrada y a la salida del convertidor con 3,5V en el electrolizador. ... 63 Gráfica 40: Señales de potencia a la entrada y a la salida del convertidor con 3,75V en el electrolizador.. 64 Gráfica 41: Señales de potencia a la entrada y a la salida del convertidor con 4V en el electrolizador....... 64 Gráfica 42: Señales de potencia a la entrada y a la salida del convertidor con 4,25V en el electrolizador. . 65 Gráfica 43: Señales de potencia a la entrada y a la salida del convertidor con 4,5V en el electrolizador. ... 65
iii
INDICE DE FIGURAS
Figura 1: Proceso de electrólisis. Tomada de [17] ......................................................................................... 3 Figura 2: Electrólisis del agua pura. Tomado de [10] .................................................................................... 4 Figura 3: Esquema electrolizador. .................................................................................................................. 4 Figura 4: Esquema de una celda de combustible. Tomado de [12] ................................................................ 5 Figura 5: Celda de combustible tipo PEM. Tomado de [18] .......................................................................... 6 Figura 6: Esquema general de un convertidor. ............................................................................................... 7 Figura 7: Configuración básica convertidor Ćuk. .......................................................................................... 7 Figura 8: Convertidor Ćuk estado TON. .......................................................................................................... 8 Figura 9: Convertidor Ćuk estado TOFF. ......................................................................................................... 8 Figura 10: Diagrama de bloques. ................................................................................................................. 12 Figura 11: Electrolizador. Tomado de [5] .................................................................................................... 12 Figura 12: Celdas tipo PEM. Tomado de [5] ............................................................................................... 13 Figura 13: Kit de H-tec, sistema interconectado. Tomado de [5] ................................................................ 13 Figura 14: Convertidor Ćuk. Tomado de [19] .............................................................................................. 13 Figura 15: LED de 1W. Tomado de [20] ..................................................................................................... 14 Figura 16: Electrolizador del kit H-tec. ........................................................................................................ 16 Figura 17: Descripción física ferrita EA-77-250. Tomado de [22] .............................................................. 36 Figura 17: Esquemático etapa de potencia. .................................................................................................. 38 Figura 18: Esquemático etapa de control. .................................................................................................... 39 Figura 19: Esquemático convertidor Ćuk y control. .................................................................................... 39 Figura 20: Layout circuito impreso. ............................................................................................................. 40
iv
INDICE DE TABLAS
Tabla 1: Propiedades de baterías eléctricas. Tomada de [8] .......................................................................... 1 Tabla 2: Densidades energéticas de diversos combustibles. Tomada de [6] .................................................. 1 Tabla 3: Parámetros característicos del electrolizador ................................................................................. 15 Tabla 4: Parámetros medidos con 3,25V de entrada en el electrolizador. ................................................... 17 Tabla 5: Datos estadísticos curva de 3,25V. ................................................................................................ 18 Tabla 6: Parámetros medidos con 3,5V de entrada en el electrolizador. ..................................................... 19 Tabla 7: Datos estadísticos curva de 3,5V. .................................................................................................. 20 Tabla 8: Parámetros medidos con 3,75V de entrada en el electrolizador. ................................................... 21 Tabla 9: Datos estadísticos curva de 3,75V. ................................................................................................ 22 Tabla 10: Parámetros medidos con 4V de entrada en el electrolizador. ...................................................... 23 Tabla 11: Datos estadísticos curva de 4V. ................................................................................................... 24 Tabla 12: Parámetros medidos con 4,25V de entrada en el electrolizador. ................................................. 25 Tabla 13: Datos estadísticos curva de 4,25V. .............................................................................................. 26 Tabla 14: Parámetros medidos con 4,5V de entrada en el electrolizador. ................................................... 27 Tabla 15: Datos estadísticos curva de 4,5V. ................................................................................................ 28 Tabla 16: Dimensiones y propiedades ferritas Amidon tipo E. Tomado de [22] ......................................... 37 Tabla 16: Implementación del convertidor Ćuk con 3,25V en el electrolizador. ......................................... 41 Tabla 17: Implementación del convertidor Ćuk con 3,5V en el electrolizador. ........................................... 42 Tabla 18: Implementación del convertidor Ćuk con 3,75V en el electrolizador. ......................................... 43 Tabla 19: Implementación del convertidor Ćuk con 4V en el electrolizador. .............................................. 44 Tabla 20: Implementación del convertidor Ćuk con 4,25V en el electrolizador. ......................................... 45 Tabla 21: Implementación del convertidor Ćuk con 4,5V en el electrolizador. ........................................... 46 Tabla 22: Flujo de hidrógeno según el voltaje en la entrada del electrolizador. .......................................... 50
1
INTRODUCCIÓN
En el afán de unirse al tema de energías renovables, la Pontifica Universidad Javeriana sede Bogotá,
mediante el departamento de física, obtuvo un kit de celdas de combustible (tipo PEM) para la enseñanza
y la experimentación, diseñado para poder mostrar paso a paso los procesos para la obtención y
almacenamiento del hidrógeno y su posterior transformación en energía eléctrica (Junior Stack
Experimentation Set).
Utilizando esta energía renovable, se ha intentado almacenar energía en distintos dispositivos, mediante
una gran cantidad de técnicas y materiales, pero aun así no se acercan a las cualidades de almacenamiento
de energía de los principales combustibles. En la Tabla 1, se pueden observar las propiedades de algunas
baterías eléctricas. Comparando las tabla 1 y la tabla 2, se puede ver de manera clara la gran diferencia
entre las baterías eléctricas y combustibles en cuanto a la densidad de energía por unidad de masa, por
ejemplo, la batería Litio polímero sólido que presenta la densidad más alta dentro de las baterías (200
Wh/kg) es 168 veces menor que la densidad que se obtiene del Hidrógeno (33,58 kWh/kg) siendo el H2 el
elemento con mayor densidad de energía por unidad de masa sobre la tierra.
Tabla 1: Propiedades de baterías eléctricas. Tomada de [8]
Tabla 2: Densidades energéticas de diversos combustibles. Tomada de [6]
2
Por otro lado, el hidrógeno al ser poco denso ocupa un volumen de almacenamiento mayor al compararlo
con otros combustibles, como la gasolina que es el combustible más utilizado en la industria automotriz.
Sin embargo existen tecnologías que permiten almacenar el hidrógeno a presiones elevadas disminuyendo
así el volumen de almacenamiento sin variar su densidad de energía por kilogramo. Estas tecnologías se
implementan en la actualidad en el funcionamiento de algunos automóviles, como es el caso del Honda
FCX Clarity, en el cual se ha implementado un sistema de almacenamiento a una presión de 350 bares que
permite almacenar 4 kilogramos de hidrógeno, es decir 2.7 veces más energía que la que pueden generar
los mismos 4 kilogramos de Gasolina, y que a su vez le permiten al automóvil una autonomía de 460
km.[3] Otros ejemplos de estas tecnologías son algunos buses en Londres que almacenan el hidrógeno a
350 bares permitiendo almacenar 35 kilogramos de hidrógeno. Se encuentran en fase de demostración
autobuses de turismo con tecnología de compresión a 700 bares y el BMW clase 7 con almacenamiento
criogénico, que conserva el hidrógeno a una temperatura de -258,8 ºC para mantener el hidrógeno en
forma líquida y asegurar un tanque de menor volumen.
Al comparar el hidrógeno con la gasolina se puede ver que el hidrógeno tiene grandes ventajas sobre la
gasolina, aunque esta última tiene a su favor que posee una mayor densidad de energía por unidad de
volumen, pero aun así existen varias razones para preferir el hidrógeno por encima de cualquier otro
elemento como fuente de energía:
1. Eficiencia energética: La energía química contenida en el hidrógeno puede ser transformada en
energía eléctrica por medio de una celda tipo PEM sin tener que pasar por medio del
accionamiento térmico de un ciclo de potencia, lo que permite suprimir las limitaciones
determinadas por el rendimiento de Carnot, haciendo que se alcancen elevados rendimientos
energéticos.
2. Dependencia energética: De acuerdo con el instituto mundial de carbón, a la tasa de consumo de
hoy, las reservas de carbón podrían acabarse en aproximadamente 130 años, el gas natural en 60
años y el petróleo en 42 años, lo que significa que se debe hacer un cambio urgente hacia una
economía de energías alternativas. Si bien el hidrógeno no es una fuente primaria de energía, si
facilita el almacenamiento y el transporte de esta, y puede ser producido a partir de energías
renovables y nucleares, por lo que el hidrógeno puede jugar un papel muy importante en cuanto
a la reducción de la dependencia energética.
3. Medioambiente: El residuo en el proceso de combustión del hidrógeno, es solamente vapor de
agua libre de CO2.
Por tales motivos es interesante utilizar el hidrógeno como un portador de energía de alta eficiencia,
dependencia energética y en pro del medio ambiente.
Teniendo en cuenta la capacidad de las celdas de combustible que dispone la Pontificia Universidad
Javeriana realizamos la alimentación de una carga eléctrica, cuyo consumo no supera los 2W, que es la
potencia máxima que puede entregar el arreglo modular de celdas tipo PEM. Para alimentar esa carga se
acondicionó el voltaje de salida de la celda de combustible, por medio de un convertidor CC/CC cuya
entrada es un voltaje DC (salida de la celda) que oscila entre 4V a 6V, debido a esta variación de voltaje,
se hace imprescindible el uso del convertidor para transformar la energía eléctrica y optimizar la
recolección de energía de la celda y de esta forma transferir la mayor cantidad de energía a la carga
eléctrica, dos bombillos de LED de 1W cada uno, se pudo haber escogido otra carga eléctrica cuyo
consumo no superara los 4 W, pero se escogió el bombillo, ya que podría ser implementado en edificios
como iluminación en casos de emergencia y en otras aplicaciones.
3
1. OBJETIVOS
1.1. Objetivo general
Diseñar un convertidor para transformar la energía eléctrica entregada por un arreglo modular tipo PEM,
y utilizar dicha energía para alimentar un bombillo de LEDs de 3W
1.2. Objetivos específicos
I. Determinar el punto óptimo en la curva de conversión eléctrica vs flujo de hidrogeno.
II. Diseñar un dispositivo de regulación, que optimice la recolección de energía de la celda, para
obtener la máxima enrgía posible, e implementarla para la alimentación de una carga eléctrica.
III. Realizar la familia de curvas características estáticas de la celda (voltaje contra corriente) variando
la carga en la salida y variando el flujo de hidrogeno a la entrada.
IV. Desarrollar la caracterización dinámica de la celda efecutando pasos en la carga y en el hidrogeno y
revisando la respuesta del sistema a estas variaciones.
2. MARCO TEÓRICO
2.1. Electrolizador
Un electrolizador es un dispositivo en el cual se llevan a cabo reacciones electroquímicas que generan
transformaciones en las sustancias involucradas en el proceso como consecuencia del paso de corriente
eléctrica a través electrodos y de las disoluciones electrolíticas en las que están sumergidos, este fenómeno
es denominado electrólisis. Para lograr dichas reacciones, el electrolizador está compuesto de al menos
dos electrodos fabricados de un material conductor que se encuentran sumergidos en un medio líquido,
conocido como electrolito.
2.1.1. Electrólisis
La electrólisis es un proceso donde se produce una reacción química no espontánea separando los
elementos de un compuesto por medio de la electricidad, de esta forma una sustancia química se
transforma en otra. Dicha transformación ocurre por la ganancia o pérdida de electrones, “es decir en una
reacción de reducción u oxidación respectivamente, mediante la intervención de un electrodo, que hace de
fuente o receptor de electrones, y de la transmisión de la corriente eléctrica en la disolución electrolítica,
que permite el transporte de las sustancias o los iones del seno de la solución hacia los electrodos”1.
Figura 1: Proceso de electrólisis. Tomada de [17]
1 HOLLAR, P., POLI, F. y OTERO, L. Celda electroquímica celular. Buenos Aires: Escuela tecnica 3 maria sanchez de
thompson; recuperado de: http://portal.mec.gov.br/setec/arquivos/pdf/mercosul_proj_argentina_celda.pdf
4
Para efectuar el proceso de electrólisis se aplica una diferencia de potencial en los electrodos, que se
encuentran sumergidos en una disolución, la cual genera una corriente eléctrica continua que provoca la
reacción electroquímica que descompone el electrolito en varios productos. El electrodo conectado al polo
positivo se conoce como ánodo, y el conectado al negativo como cátodo. Cada electrodo atrae iones con
carga contraria, de esta forma los cationes son atraídos por los ánodos y los aniones son atraídos por los
cátodos, llevando a cabo una reacción de oxidación-reducción en los átomos que absorben o liberan
electrones convirtiéndose en iones que pasan al electrolito.
Basándonos en la electrólisis del agua como proceso que permite su descomposición en los elementos que
la componen, oxígeno e hidrógeno, para el desarrollo del proyecto, es necesario utilizar agua destilada, ya
que de lo contrario, obtendríamos componentes como sales, metales y otros minerales que no son de
interés en este proyecto. Por lo tanto, por medio de la electrólisis del agua destilada se obtiene hidrógeno y
oxígeno de alta pureza y con una alta eficiencia.
Figura 2: Electrólisis del agua pura. Tomado de [10]
2.1.2. Componentes del electrolizador
El electrolizador está compuesto por los elementos descritos a continuación:
i. Electrodos: Son conductores eléctricos encargados de hacer que la corriente eléctrica circule
adecuadamente al centro del electrolito para que se produzca de forma correcta el proceso de
electrólisis. Para que funcionen de manera apropiada los electrodos deben ser resistentes a la
corrosión, tener alta conductividad y óptimas propiedades catalíticas. Generalmente se utilizan
electrodos de hierro en el cátodo y de acero aleado con níquel en el ánodo. Las características
geométricas y los componentes de los electrodos son fundamentales para mejorar el rendimiento de un
electrolizador [11]. El electrodo correspondiente al ánodo contiene cargas positivas y el electrodo
correspondiente al cátodo contiene cargas negativas.
ii. Electrolito: Es una sustancia líquida que contiene iones libres que permiten el paso de corriente
eléctrica en los electrodos. Los electrones circulan a través del electrolito debido a reacciones
químicas de oxidación-reducción generadas en el ánodo y el cátodo de los electrodos. La parte del
electrólito que está más cerca del ánodo se conoce como anolito, mientras que la más cercana al
cátodo se denomina catolito.
iii. Membrana: Se encarga de separar el electrolito en dos cavidades, en una se encuentra el anolito y en la
otra el catolito, de esta manera se separan los gases que se producen en la electrólisis.
Figura 3: Esquema electrolizador. (1) Salida H2. (2) Marco de acrílico. (3) Cátodo. (4) Catolito. (5) Entrada de
H2O. (6) Anolito. (7) Electrodo bipolar. (8) Ánodo. (9) Salida de O2. Tomado de [14]
5
2.2. Arreglo de celdas tipo PEM
2.2.1. Celdas de combustible
Una celda de combustible es un dispositivo electroquímico que transforma energía química directamente
en energía eléctrica, sin necesidad de ningún proceso de combustión. La estructura de una celda de
combustible se compone de dos electrodos, un ánodo y un cátodo conectados a una fuente eléctrica, los
cuales se encuentran en contacto por medio de un electrólito.
Figura 4: Esquema de una celda de combustible. Tomado de [12]
La eficiencia teórica de las celdas de combustible se entiende desde las leyes de Faraday que relacionan
directamente la corriente producida en la reacción electroquímica con la cantidad de combustible, cuya
mayor ventaja se encuentra en el hecho de no estar limitadas por la temperatura, lo cual ayuda a alcanzar
altos niveles de eficiencia, a diferencia de las máquinas de combustión regidas por el ciclo de Carnot.
“Así, en teoría, cada molécula de hidrógeno gas producirá dos electrones libres y junto con un átomo de
oxígeno reducido se generará una molécula de agua. Estas características de lograr alta eficiencia durante
la generación de electricidad y la ventaja de presentar cero emisiones contaminantes cuando el
combustible es hidrógeno hacen de las celdas de combustible los mejores candidatos para la generación de
energía eléctrica.”2. En esta medida, otra alternativa de eficiencia está en poder utilizar casi cualquier tipo
de combustible que contenga hidrógeno, principalmente hidrocarburos por razones prácticas.
De esta manera, la celda de combustible funciona basada en reacciones electroquímicas entre el hidrógeno
(combustible) y el oxígeno (oxidante). En donde el hidrógeno fluye a través del ánodo y se propaga por
medio de la capa electrolítica que se encuentra alrededor y llega a la capa catalizadora donde se oxida y
por tanto libera electrones, como se describe a través de la siguiente ecuación:
2𝐻2 → 4𝐻+ + 4𝑒− (1.1)
Ahora bien, dado que los electrones liberados no pueden atravesar la membrana que separa el anolito y el
catolito, estos circulan por medio de la capa catalizadora del ánodo hasta llegar al cátodo, mientras por
otro lado los protones son conducidos hacia la capa catalizadora del cátodo. Por su parte el oxígeno entra y
se difunde a través del cátodo hacia el electrolito catalizador donde reacciona con los protones y los
electrones del hidrógeno formando finalmente agua. Esta reacción se describe por medio de la siguiente
ecuación:
𝑂2 + 4𝐻+ + 4𝑒− → 2𝐻2𝑂 (1.2)
Como se observa de las ecuaciones, estas celdas producen energía eléctrica dando como subproducto agua
y calor.
2 CANO, U. (1999). Las celdas de combustible: verdades sobre la generación de electricidad limpia y eficiente vía
electroquímica. México: Instituto de Investigaciones Eléctricas; recuperado de: http://www.iie.org.mx/reno99/apli.pdf
6
2.2.2. Celdas tipo PEM
Las celdas de combustible tipo PEM, membrana de intercambio protónico, son dispositivos que pueden
generar energía eléctrica sin emitir gases tóxicos al ambiente y que tienen una gran eficiencia, razón por lo
cual son una buena alternativa energética para disminuir en gran escala la contaminación producida por las
principales fuentes energética utilizadas actualmente y la dependencia de combustibles fósiles. Este tipo
de tecnología permite la fabricación y producción de celdas compactas con suficientes mA de corriente
por centímetro cuadro, en otras palabras, con densidades de corrientes superiores a celdas similares.
Estas celdas utilizan como electrólito una membrana polimérica conductora de protones cuya “membrana
se encuentra entre dos electrodos porosos impregnados en el lado de la membrana con un
electrocatalizador (usualmente Pt) y un material hidrofóbico del otro lado. Operan a temperaturas
relativamente bajas (unos 80oC), tienen una densidad de potencia alta, pueden variar su salida
rápidamente para satisfacer cambios en la demanda de potencia y son adecuadas para aplicaciones donde
se requiere una demanda inicial alta”3.
Ahora bien, debe tenerse en cuenta que el único líquido que maneja la celda PEM es agua, de modo que
aunque pueden presentarse efectos por corrosión, son mínimos, pues sus componentes básicos son: dos
electrodos impregnados con catalizador, en una membrana conductora de protones, capas difusoras de gas
y placas colectoras de corriente con campos de flujo.
Figura 5: Celda de combustible tipo PEM. Tomado de [18]
2.3. Convertidor de potencia tipo Ćuk
Un convertidor de potencia es una configuración de circuito electrónico que es capaz de llevar a cabo el
proceso de conversión de potencia, es decir convertir una forma de energía eléctrica en otra específica
según el tipo de convertidor. Para llevar a cabo dicho proceso, los convertidores alteran las características
de tensión y corriente que reciben, transformándolas en señales de amplitud, frecuencia, y/o fase
diferentes a la entrada, dependiendo de la configuración y elementos usados en el circuito.
3 CANO, U. (1999). Las celdas de combustible: verdades sobre la generación de electricidad limpia y eficiente vía
electroquímica. México: Instituto de Investigaciones Eléctricas; recuperado de: http://www.iie.org.mx/reno99/apli.pdf
7
Figura 6: Esquema general de un convertidor.
Dentro de los convertidores de potencia se encuentran los convertidores DC-DC, los cuales tienen como
entrada un voltaje con corriente continua y lo transforman a un voltaje regulado con limitación de
corriente (continua) en la salida. Una de las configuraciones típicas de los convertidores DC-DC es el
convertidor tipo Ćuk, cuya principal característica es que la magnitud del voltaje a la salida puede ser
inferior o superior al voltaje en la entrada (convertidor elevador reductor).
2.3.1. Configuración y características
La configuración básica del convertidor de Ćuk surge de conectar en serie las configuraciones básicas de
los convertidores tipo boost y buck. Debido a esta configuración, el convertidor actúa como elevador
reductor de voltaje, por lo que su principal función es mantener un voltaje de salida regulado ante
variaciones de voltaje en la entrada.
Figura 7: Configuración básica convertidor Ćuk.
Como puede observarse en la topología del convertidor, existen dos características importante, la primera
que voltaje de salida es de signo contrario al voltaje de entrada, la segunda es el mosfet (M1) presente en el
circuito. En la Figura 7 se muestra la conexión del mosfet, se puede ver que el gate no tiene conexión, esto
se debe a que en este terminal se debe ingresar una señal de regulación que controle al mosfet. Este
convertidor tiene dos modos de funcionamiento, modo discontinuo y modo continuo, las expresiones que
describen los voltajes y las corriente varían según del modo de funcionamiento.
Este convertidor se selecciona en nuestra aplicación, en lugar de otras topologías clásicas, por permitir
elevar y/o reducir el voltaje, además de tener bajo rizado de corriente en la entrada mejorando el
funcionamiento de la celda de combustible y un bajo rizado de corriente en la salida, lo cual es apropiado
para alimentar los LED que se comportan como una fuente de voltaje.
2.3.2. Modo de funcionamiento continuo
En el modo de conducción continua se puede dividir el funcionamiento del circuito en dos etapas, la etapa
TON y la etapa TOFF. El estado TON corresponde al intervalo de tiempo en el que el mosfet se encuentra en
modo de conducción directa y el diodo está en modo de conducción inversa, este intervalo ocurre durante
un tiempo 0 < 𝑡 < 𝐷𝑇, donde D es el ciclo útil y T el periodo de funcionamiento del circuito. El estado
TOFF ocurre durante el segundo ciclo del periodo, intervalo de tiempo 𝐷𝑇 < 𝑡 < 𝑇, en el que el mosfet se
encuentra en modo de conducción inversa y el diodo esta en modo de conducción directa.
8
2.3.2.1. Estado TON
Este estado ocurre durante el primer ciclo de funcionamiento, comienza en el instante 𝑡 = 0 y termina en
el instante 𝑡 = 𝐷𝑇. El mosfet 𝑀1 se encuentra polarizado directamente, por tanto conduce, esto hace que
la energía almacenada en 𝐿1 aumente, por otro lado, el diodo 𝐷1esta polarizado de forma inversa debido a
la polaridad del condensador 𝐶1, el cual transfiere la energía que recibe a la carga y al filtro de salida
constituido por 𝐿2 y 𝐶2. Dado este funcionamiento el mosfet puede ser modelado como un corto y el diodo
como un abierto.
Figura 8: Convertidor Ćuk estado TON.
Las ecuaciones que describen la relación de voltajes y corrientes durante este estado son las siguientes:
i. Relación de voltajes
𝑉𝐿1 = 𝑉𝐼𝑁 (1.3)
𝑉𝐿2 = 𝑉𝐶1 − 𝑉0 (1.4)
ii. Relación de corrientes
𝐼𝐶1 = −𝐼𝐿2 (1.5)
𝐼𝐶2 = 𝐼0 − 𝐼𝐿2 (1.6)
2.3.2.2. Estado TOFF
Este estado ocurre durante el segundo ciclo de funcionamiento, comienza en el instante 𝑡 ≥ 𝐷𝑇 y termina
en el instante 𝑡 = 𝑇. El mosfet 𝑀1 se encuentra polarizado inversamente, por tanto no conduce, por otro
lado, el diodo 𝐷1esta polarizado de forma directa, la inductancia 𝐿1 y el condensador 𝐶1 están conectados
en serie por lo que el condensador recupera la carga que entregó en el estado anterior y el filtro de salida
(𝐿2 y 𝐶2) mantiene la corriente de la carga. Dado este funcionamiento el mosfet puede ser modelado como
un abierto y el diodo como un corto.
Figura 9: Convertidor Ćuk estado TOFF.
9
Las ecuaciones que describen la relación de voltajes y corrientes durante este estado son las siguientes:
i. Relación de voltajes
𝑉𝐿1 = 𝑉𝐼𝑁 − 𝑉𝐶1 (1.7)
𝑉𝐿2 = −𝑉0 (1.8)
ii. Relación de corrientes
𝐼𝐶1 = −𝐼𝐿1 (1.9)
𝐼𝐶2 = 𝐼0 − 𝐼𝐿2 (1.10)
2.3.2.3. Análisis de voltajes y corrientes
Una vez obtenidas las ecuaciones de voltaje y corriente en cada estado de operación, se relacionan para
obtener el comportamiento del circuito en el periodo completo 0 < 𝑡 < 𝑇 como se muestra a
continuación.
i. Relación de voltajes
Teniendo en cuenta el balance de voltaje por segundo en estado estacionario:
Para L1:
∫ 𝑉𝐿1 𝑑𝑡 = 0𝑇
0
(1.11)
∫ 𝑉𝐼𝑁 𝑑𝑡𝐷𝑇
0
+ ∫ 𝑉𝐼𝑁 − 𝑉𝐶1 𝑑𝑡𝑇
𝐷𝑇
= 0 (1.12)
(𝑉𝐼𝑁)(𝐷𝑇) + (𝑉𝐼𝑁 − 𝑉𝐶1)(1 − 𝐷)𝑇 = 0 (1.13)
𝑉𝐼𝑁𝐷 + 𝑉𝐼𝑁 − 𝑉𝐼𝑁𝐷 − 𝑉𝐶1(1 − 𝐷) = 0 (1.14)
𝑉𝐼𝑁
(1 − 𝐷)= 𝑉𝐶1 (1.15)
Para L2:
∫ 𝑉𝐿2 𝑑𝑡 = 0𝑇
0
(1.16)
∫ −𝑉0 + 𝑉𝐶1 𝑑𝑡𝐷𝑇
0
+ ∫ −𝑉0 𝑑𝑡𝑇
𝐷𝑇
= 0 (1.17)
(−𝑉0 + 𝑉𝐶1)(𝐷𝑇) + (−𝑉0)(1 − 𝐷)𝑇 = 0 (1.18)
(1.19)
10
−𝑉0𝐷 + 𝑉𝐶1𝐷−𝑉0(1 − 𝐷) = 0
𝑉0
𝐷= 𝑉𝐶1 (1.20)
Entones al igualar (1.15) y (1.20),
𝑉𝐶1 =𝑉𝐼𝑁
(1 − 𝐷)=
𝑉0
𝐷 (1.21)
𝑉0
𝑉𝐼𝑁=
𝐷
(1 − 𝐷) (1.22)
𝐷 =𝑉0
𝑉𝐼𝑁 + 𝑉0 (1.23)
Con la ecuación 1.23 podemos determinar el rango de ciclo útil máximo y mínimo en donde nuestro
convertidor va a trabajar
ii. Relación de corrientes
Para C1:
∫ 𝐼𝐶1 𝑑𝑡 = 0𝑇
0
(1.24)
∫ −𝐼𝐿2 𝑑𝑡𝐷𝑇
0
+ ∫ 𝐼𝐿1 𝑑𝑡𝑇
𝐷𝑇
= 0 (1.25)
(−𝐼𝐿2)(𝐷𝑇) + (𝐼𝐿1)(1 − 𝐷)𝑇 = 0 (1.26)
−𝐼𝐿2𝐷 + 𝐼𝐿1 − 𝐼𝐿1𝐷 = 0 (1.27)
𝐼𝐿2
𝐷
(1 − 𝐷)= 𝐼𝐿1 (1.28)
Para C2:
∫ 𝐼𝐶2 𝑑𝑡 = 0𝑇
0
(1.29)
∫ 𝐼0 − 𝐼𝐿2 𝑑𝑡𝐷𝑇
0
+ ∫ 𝐼0 − 𝐼𝐿2 𝑑𝑡𝑇
𝐷𝑇
= 0 (1.30)
(𝐼0 − 𝐼𝐿2)(𝐷𝑇) + (𝐼0 − 𝐼𝐿2)(1 − 𝐷)𝑇 = 0 (1.31)
𝐼0 − 𝐼𝐿2 = 0 (1.32)
𝐼0 = 𝐼𝐿2 (1.33)
11
Entones al igualar (1.28) y (1.33),
𝐼0
𝐷
(1 − 𝐷)= 𝐼𝐿1 (1.34)
𝐼0
𝐼𝐿1=
(1 − 𝐷)
𝐷 (1.35)
𝐷 =𝐼𝐿1
𝐼𝐿1 + 𝐼0 (1.36)
Con la ecuación 1.36 podemos calcular las corrientes que pasaran por los inductores y de esta forma
encontrar un calibre de alambre adecuado para la construcción de nuestras bobinas
A continuación se presentan las gráficas que describen las formas de onda..
Gráfica 1: Voltaje de las inductancias L1 y L2 con respecto al tiempo.
Gráfica 2: Corriente de las inductancias L1 y L2 con respecto al tiempo.
12
3. ESPECIFICACIONES
Este trabajo de grado utiliza la energía eléctrica entregada por un arreglo modular de 10 celdas de
hidrógeno tipo PEM (Protón Exchange Membrane, por sus siglas en inglés) para la alimentación de una
carga eléctrica que consiste en un sistema de iluminación tipo LED. Para lograr este objetivo se diseñó un
convertidor de corriente continua a corriente continua que optimiza la recolección de energía de la celda,
para obtener la máxima enrgía posible e implementarla para la alimentación de la carga eléctrica.
El siguiente diagrama de bloques describe el sistema que será implementado.
Figura 10: Diagrama de bloques.
3.1. Electrolizador
El primer bloque corresponde al proceso de electrólisis, que consiste en la generación del hidrógeno a
partir de la ruptura de la molécula de agua. Mediante este proceso se obtendrán por separado los gases
hidrógeno y oxígeno, el oxígeno liberado al ambiente y el hidrógeno el gas que se utilizará para el proceso
de conversión de energía. Este procedimiento se realizará por medio del electrolizador del kit de H-tec.
Figura 11: Electrolizador. Tomado de [5]
3.2. Celdas tipo PEM
El siguiente bloque corresponde a las celdas tipo PEM, este bloque tiene como entrada el H2 generado en
el bloque anterior. El proceso que se lleva a cabo dentro de este bloque es la conversión de la energía
almacenada en el hidrógeno a energía eléctrica. La salida de este bloque es corriente continua.
13
Figura 12: Celdas tipo PEM. Tomado de [5]
En la Figura 13 se pueden observar los dos primeros bloques del sistema interconectados, desde la
generación de hidrógeno por medio de hidrólisis, hasta la generación de corriente continua en las celdas
tipo PEM.
Figura 13: Kit de H-tec, sistema interconectado. Tomado de [5]
3.3. Convertidor
El tercer bloque, correspondiente al convertidor, tiene como entrada la corriente continua generada en las
celdas tipo PEM y como salida la corriente continua que alimentará la carga. Este bloque es necesario ya
que la tensión de celda tiene una gran variación, y para poder realizar la transformación de la energía
eléctrica se hace imprescindible diseñar un convertidor CC/CC que optimice la recolección de energía de
la celda y de esta forma obtener la máxima transferencia de energía en el proceso de alimentación. Para
dicho diseño, es necesario conocer las principales características de operación eléctrica y de salida de las
celdas PEM: resistividad, voltaje, comportamiento transitorio, presión, temperatura entre otras.
Figura 14: Convertidor Ćuk. Tomado de [19]
14
3.4. Carga
Por ultimo tenemos el bloque de la carga, este bloque tiene como entrada la salida del convertidor
(corriente continua). Para realizar la caracterización del sistema en este bloque se varía la carga de 10Ω a
400Ω dentro de la experimentación en laboratorio. Para el diseño del convertidor y para la entrega final, se
utilizará como carga dos bombillos LED que requieren una alimentación de 1 W cada uno. (Ver anexo 2)
Figura 15: LED de 1W. Tomado de [20]
15
4. DESARROLLO Y RESULTADOS
4.1. Caracterización estática del electrolizador.
El primer procedimiento que se llevó a cabo fue la caracterización estática del electrolizador encargado de
la producción de hidrógeno. Se hicieron pruebas en laboratorio que permitieran conocer y describir el
comportamiento de este dispositivo, las cuales consistían en medir corriente, voltaje y temperatura en el
electrolizador con el paso del tiempo.
Para tomar los datos se conectó la entrada del electrolizador a una fuente de voltaje constante y la salida al
arreglo modular de celdas tipo PEM incluido en el kit de H-tec. Se mantuvo prendido el electrolizador por
un largo periodo de tiempo, durante el cual se hacían mediciones simultáneas de corriente y temperatura.
En el proceso se encontró que las mediciones variaban en el tiempo, por esta razón se mantuvo encendido
el electrolizador hasta que se estabilizara la temperatura y así la corriente llegara al punto de equilibrio.
En la tabla 3 se pueden observar los datos obtenidos al realizar la caracterización del electrolizador. Los
resultados describen el comportamiento del electrolizador en el tiempo. Las medias se tomaron con un
voltaje DC constante en la entrada de 3,8V durante 65 minutos debido a que en este tiempo ya se observa
un comportamiento estable del sistema. La temperatura fue medida por medio de un termómetro ubicado
en todo momento sobre la placa metálica que se muestra en la Figura 16.
CORRIENTE DC
(A) TEMPERATURA (°C) TIEMPO (min)
4,000 26,20 1
3,970 27,80 2
3,960 29,70 3
3,950 30,08 4
3,940 32,50 5
3,940 33,10 6
3,940 34,60 7
3,910 35,10 8
3,900 36,10 9
3,895 36,30 10
3,889 37,30 11
3,882 37,80 12
3,865 40,00 15
3,846 41,60 20
3,830 42,60 25
3,819 43,50 30
3,810 43,70 35
3,799 43,90 40
3,791 44,10 45
3,789 44,50 50
3,785 45,40 55
3,783 45,60 60
3,783 45,60 65
Tabla 3: Parámetros característicos del electrolizador
16
Figura 16: Electrolizador del kit H-tec.
4.2. Caracterización de las celdas tipo PEM.
La siguiente etapa en el trabajo de grado fue realizar la caracterización estática y dinámica del arreglo
modular de celdas tipo PEM.
4.2.1. Caracterización estática de las celdas tipo PEM.
En primer lugar se realizaron mediciones en laboratorio de datos que nos permitieran realizar la familia de
curvas estáticas características de la celda de hidrógeno en estado estacionario (ver tabla 4 a tabla 16),
estos resultados los utilizamos posteriormente para el diseño del convertidor. Para esto se alimentó el
electrolizador con distintos voltajes, una vez el electrolizador se estabilizaba se tomaron medidas durante
dos horas, de manera continua, por cada voltaje para obtener un flujo de hidrógeno constante. El voltaje en
la entrada del electrolizador se varió de 3,25V a 4,5V con pasos de 0,25V, estos valores se establecieron
con base en la hoja de especificaciones del sistema de celdas de combustible (ver anexo 1). Al variar el
voltaje de entrada en el electrolizador se está variando el flujo de hidrógeno que entra a arreglo de celdas
tipo PEM, ya que entre mayor energía se inyecte existe mayor producción de hidrógeno debido al proceso
de electrólisis.
En cada una de las curvas se midió la corriente sobre el electrolizador, el flujo de hidrógeno en las celdas
de combustible y se mantuvo controlado el voltaje de entrada para que fuera constante, luego se tomaron
datos de voltaje, corriente y potencia sobre la carga. Se colocó una carga variable (reóstato) a la salida de
la celda de hidrógeno y se midió la respuesta de voltaje y de corriente en un rango de 400Ω a 10Ω con
pasos de 10Ω, en los puntos donde la potencia se hacía máxima se hicieron pasos de 1Ω para encontrar los
puntos de máxima potencia tenidos en cuenta para el diseño del convertidor. Cada medición se hizo 3
veces, luego se sacaron datos estadísticos de los resultados obtenidos, se calcularon el promedio, la
varianza, la desviación estándar y el coeficiente de variación para poder realizar un mejor análisis de los
datos y del comportamiento de la celda. Los resultados obtenidos en esta etapa del proyecto se muestran el
la sección de análisis de resultados tablas 4 a 15.
La columna del promedio (valor medio) muestra el valor característico de los resultados obtenidos en cada
una de las tres mediciones. La varianza corresponde a una medida de dispersión de los valores analizados
y expresa la variabilidad de los datos, entre mayor sea este número existe mayor variabilidad, pero entre
menor sea existe más homogeneidad. La desviación estándar es igual a la raíz cuadrada de la varianza, es
también una medida de dispersión y expresa la desviación que presentan los datos analizados con respecto
al promedio. Por último el coeficiente de variación es la relación entre la desviación estándar y el
promedio, representa la variabilidad de los datos expresado como un porcentaje. Los datos obtenidos se
presentan a continuación.
17
Tabla 4: Parámetros medidos con 3,25V de entrada en el electrolizador.
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc/
s)V
OL
TA
JE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc/
s)V
OL
TA
JE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc/
s)V
OL
TA
JE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc/
s)
3,25
0,51
0,17
93,
250,
530,
161
3,25
0,52
0,17
23,
250,
520,
171
RE
SIS
TE
NC
IA
RO
UT
(!)
VO
UT
(V)
I OU
T (m
A)
PO
TE
NC
IA m
(W)
VO
UT
(V)
I OU
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A)
PO
TE
NC
IA m
(W)
VO
UT
(V)
I OU
T (m
A)
PO
TE
NC
IA m
(W)
VO
UT
(V)
I OU
T (m
A)
PO
TE
NC
IA m
(W)
250
6,88
2919
9,52
7,10
2920
5,90
7,10
2920
5,90
7,03
29,0
020
3,77
240
6,86
3020
5,80
7,06
3121
8,86
7,06
3121
8,86
6,99
30,6
721
4,51
230
6,83
3121
1,73
7,03
3222
4,96
7,02
3222
4,64
6,96
31,6
722
0,44
220
6,82
3221
8,24
6,99
3323
0,67
6,98
3323
0,34
6,93
32,6
722
6,42
210
6,78
3322
3,74
6,97
3423
6,98
6,95
3423
6,30
6,90
33,6
723
2,34
200
6,75
3523
6,25
6,94
3624
9,84
6,92
3624
9,12
6,87
35,6
724
5,07
190
6,72
3624
1,92
6,90
3725
5,30
6,89
3725
4,93
6,84
36,6
725
0,72
180
6,70
3825
4,60
6,86
3926
7,54
6,86
3926
7,54
6,81
38,6
726
3,23
170
6,66
4026
6,40
6,83
4128
0,03
6,82
4127
9,62
6,77
40,6
727
5,35
160
6,62
4227
8,04
6,79
4429
8,76
6,78
4429
8,32
6,73
43,3
329
1,71
150
6,58
4529
6,10
6,74
4631
0,04
6,74
4631
0,04
6,69
45,6
730
5,39
140
6,54
4831
3,92
6,71
4932
8,79
6,69
4932
7,81
6,65
48,6
732
3,51
130
6,50
5133
1,50
6,66
5234
6,32
6,63
5234
4,76
6,60
51,6
734
0,86
120
6,45
5535
4,75
6,61
5637
0,16
6,58
5636
8,48
6,55
55,6
736
4,46
110
6,39
5937
7,01
6,54
6139
8,94
6,53
6139
8,33
6,49
60,3
339
1,43
100
6,34
6541
2,10
6,49
6642
8,34
6,45
6642
5,70
6,43
65,6
742
2,05
906,
2971
446,
596,
3973
466,
476,
3872
459,
366,
3572
,00
457,
47
806,
2179
490,
596,
3380
506,
406,
3080
504,
006,
2879
,67
500,
33
706,
0286
517,
726,
0286
517,
726,
0987
529,
836,
0486
,33
521,
76
655,
9592
547,
405,
9391
539,
635,
9992
551,
085,
9691
,67
546,
04
645,
9393
551,
495,
9192
543,
725,
9693
554,
285,
9392
,67
549,
83
635,
9194
555,
545,
8993
547,
775,
9394
557,
425,
9193
,67
553,
58
625,
8995
559,
555,
8895
558,
605,
9095
560,
505,
8995
,00
559,
55
615,
8796
563,
525,
8696
562,
565,
8496
560,
645,
8696
,00
562,
24
605,
8497
566,
485,
8397
565,
515,
7597
557,
755,
8197
,00
563,
25
595,
8299
576,
185,
7998
567,
425,
6797
549,
995,
7698
,00
564,
53
585,
7499
568,
265,
7198
559,
585,
5796
534,
725,
6797
,67
554,
19
575,
6410
056
4,00
5,60
9955
4,40
5,50
9652
8,00
5,58
98,3
354
8,80
565,
5510
055
5,00
5,49
9954
3,51
5,38
9651
6,48
5,47
98,3
353
8,33
555,
4410
054
4,00
5,41
100
541,
005,
3096
508,
805,
3898
,67
531,
27
504,
9310
049
3,00
4,77
9746
2,69
4,73
9645
4,08
4,81
97,6
746
9,92
404,
2810
846
2,24
4,13
104
429,
524,
0510
241
3,10
4,15
104,
6743
4,95
303,
2010
834
5,60
3,19
108
344,
523,
1410
633
2,84
3,18
107,
3334
0,99
202,
3812
028
5,60
2,30
116
266,
802,
2611
425
7,64
2,31
116,
6727
0,01
!"!#$$
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175,
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LD
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E H
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GE
NO
CE
LD
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E H
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RE
LE
CT
RO
LIZ
AD
OR
EL
EC
TR
OL
IZA
DO
RE
LE
CT
RO
LIZ
AD
OR
18
Tabla 5: Datos estadísticos curva de 3,25V.
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2 (
cc/
s)V
OL
TA
JE
IN (
V)
CO
RR
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TE
IN (
A)
FL
UJO
H2 (
cc/s
)V
OL
TA
JE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2 (
cc/s
)
06,6
7E
-05
5,1
1E
-05
00,0
0816
0,0
0715
01,5
7019
4,1
8803
RE
SIS
TE
NC
IA
VO
UT
I OU
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OT
EN
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VO
UT
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UT
PO
TE
NC
IAV
OU
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UT
PO
TE
NC
IAR
OU
T (!
)
0,0
1076
09,0
4542
0,1
0371
03,0
0756
1,4
7593
01,4
7593
250
0,0
0889
0,2
2222
37,9
0302
0,0
9428
0,4
7140
6,1
5654
1,3
4815
1,5
3719
2,8
7009
240
0,0
0847
0,2
2222
37,9
7816
0,0
9201
0,4
7140
6,1
6264
1,3
2205
1,4
8865
2,7
9557
230
0,0
0607
0,2
2222
33,4
4709
0,0
7789
0,4
7140
5,7
8335
1,1
2394
1,4
4308
2,5
5429
220
0,0
0727
0,2
2222
37,0
5707
0,0
8524
0,4
7140
6,0
8745
1,2
3543
1,4
0021
2,6
2006
210
0,0
0727
0,2
2222
38,9
8260
0,0
8524
0,4
7140
6,2
4360
1,2
4083
1,3
2169
2,5
4768
200
0,0
0682
0,2
2222
38,7
1349
0,0
8260
0,4
7140
6,2
2202
1,2
0814
1,2
8565
2,4
8169
190
0,0
0569
0,2
2222
37,2
0969
0,0
7542
0,4
7140
6,0
9997
1,1
0810
1,2
1915
2,3
1738
180
0,0
0607
0,2
2222
40,0
7927
0,0
7789
0,4
7140
6,3
3082
1,1
5050
1,1
5919
2,2
9919
170
0,0
0607
0,8
8889
93,4
2116
0,0
7789
0,9
4281
9,6
6546
1,1
5734
2,1
7571
3,3
1342
160
0,0
0569
0,2
2222
43,1
8302
0,0
7542
0,4
7140
6,5
7138
1,1
2799
1,0
3227
2,1
5178
150
0,0
0576
0,2
2222
46,1
1216
0,0
7587
0,4
7140
6,7
9059
1,1
4140
0,9
6864
2,0
9906
140
0,0
0482
0,2
2222
44,2
1040
0,0
6944
0,4
7140
6,6
4909
1,0
5269
0,9
1240
1,9
5068
130
0,0
0482
0,2
2222
47,6
4482
0,0
6944
0,4
7140
6,9
0252
1,0
6073
0,8
4683
1,8
9389
120
0,0
0469
0,8
8889
103,9
8216
0,0
6848
0,9
4281
10,1
9716
1,0
5563
1,5
6267
2,6
0513
110
0,0
0402
0,2
2222
50,6
2969
0,0
6342
0,4
7140
7,1
1545
0,9
8684
0,7
1787
1,6
8594
100
0,0
0202
0,6
6667
67,6
4882
0,0
4497
0,8
1650
8,2
2489
0,7
0780
1,1
3402
1,7
9790
90
0,0
0260
0,2
2222
48,3
9380
0,0
5099
0,4
7140
6,9
5657
0,8
1195
0,5
9172
1,3
9040
80
0,0
0109
0,2
2222
32,5
8936
0,0
3300
0,4
7140
5,7
0871
0,5
4603
0,5
4603
1,0
9413
70
0,0
0062
0,2
2222
22,7
7976
0,0
2494
0,4
7140
4,7
7281
0,4
1876
0,5
1426
0,8
7408
65
0,0
0042
0,2
2222
19,9
6340
0,0
2055
0,4
7140
4,4
6804
0,3
4632
0,5
0871
0,8
1262
64
0,0
0027
0,2
2222
17,4
4776
0,0
1633
0,4
7140
4,1
7705
0,2
7631
0,5
0328
0,7
5456
63
0,0
0007
0,0
0000
0,6
0167
0,0
0816
0,0
0000
0,7
7567
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3862
0,0
0000
0,1
3862
62
0,0
0016
0,0
0000
1,4
3360
0,0
1247
0,0
0000
1,1
9733
0,2
1296
0,0
0000
0,2
1296
61
0,0
0162
0,0
0000
15,2
6349
0,0
4028
0,0
0000
3,9
0685
0,6
9363
0,0
0000
0,6
9363
60
0,0
0420
0,6
6667
118,4
9540
0,0
6481
0,8
1650
10,8
8556
1,1
2513
0,8
3316
1,9
2825
59
0,0
0549
1,5
5556
202,0
3262
0,0
7409
1,2
4722
14,2
1382
1,3
0588
1,2
7702
2,5
6481
58
0,0
0347
2,8
8889
231,6
8000
0,0
5888
1,6
9967
15,2
2104
1,0
5517
1,7
2848
2,7
7351
57
0,0
0496
2,8
8889
260,7
1460
0,0
7040
1,6
9967
16,1
4666
1,2
8616
1,7
2848
2,9
9940
56
0,0
0362
3,5
5556
253,8
7556
0,0
6018
1,8
8562
15,9
3347
1,1
1799
1,9
1110
2,9
9915
55
0,0
0747
2,8
8889
278,6
2162
0,0
8641
1,6
9967
16,6
9196
1,7
9646
1,7
4028
3,5
5206
50
0,0
0909
6,2
2222
417,2
1716
0,0
9534
2,4
9444
20,4
2589
2,2
9540
2,3
8322
4,6
9611
40
0,0
0069
0,8
8889
33,3
7849
0,0
2625
0,9
4281
5,7
7741
0,8
2623
0,8
7839
1,6
9432
30
0,0
0249
6,2
2222
135,4
5636
0,0
4989
2,4
9444
11,6
3857
2,1
5657
2,1
3809
4,3
1037
20
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1,5
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5V
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EF
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NT
E D
E V
AR
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N (
%)
EL
EC
TR
OL
IZA
DO
R
19
Tabla 6: Parámetros medidos con 3,5V de entrada en el electrolizador.
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2 (
cc/s
)V
OL
TA
JE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2 (
cc/s
)V
OL
TA
JE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc/
s)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2 (
cc/s
)
3,5
20,9
30,2
94
3,5
20,9
40,3
57
3,5
20,9
20,3
45
3,5
20,9
30,3
32
RE
SIS
TE
NC
IA
RO
UT
(!
)V
OU
T (V
)I O
UT
(m
A)
PO
TE
NC
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VO
UT
(V
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UT
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VO
UT
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)I O
UT
(m
A)
PO
TE
NC
IA m
(W)
VO
UT
(V
)I O
UT
(m
A)
PO
TE
NC
IA m
(W)
300
7,1
525
178,7
57,2
225
180,5
07,2
225
180,5
07,2
025,0
0179,9
2
290
7,1
326
185,3
87,1
826
186,6
87,1
826
186,6
87,1
626,0
0186,2
5
280
7,1
026
184,6
07,1
426
185,6
47,1
427
192,7
87,1
326,3
3187,6
7
270
7,0
827
191,1
67,1
127
191,9
77,1
127
191,9
77,1
027,0
0191,7
0
260
7,0
628
197,6
87,0
928
198,5
27,0
928
198,5
27,0
828,0
0198,2
4
250
7,0
329
203,8
77,0
629
204,7
47,0
629
204,7
47,0
529,0
0204,4
5
240
7,0
130
210,3
07,0
330
210,9
07,0
330
210,9
07,0
230,0
0210,7
0
230
6,9
832
223,3
67,0
132
224,3
27,0
132
224,3
27,0
032,0
0224,0
0
220
6,9
533
229,3
56,9
833
230,3
46,9
833
230,3
46,9
733,0
0230,0
1
210
6,9
234
235,2
86,9
434
235,9
66,9
434
235,9
66,9
334,0
0235,7
3
200
6,8
936
248,0
46,9
136
248,7
66,9
136
248,7
66,9
036,0
0248,5
2
190
6,8
737
254,1
96,8
837
254,5
66,8
837
254,5
66,8
837,0
0254,4
4
180
6,8
339
266,3
76,8
539
267,1
56,8
539
267,1
56,8
439,0
0266,8
9
170
6,8
041
278,8
06,8
241
279,6
26,8
241
279,6
26,8
141,0
0279,3
5
160
6,7
644
297,4
46,7
844
298,3
26,7
844
298,3
26,7
744,0
0298,0
3
150
6,7
246
309,1
26,7
446
310,0
46,7
346
309,5
86,7
346,0
0309,5
8
140
6,6
849
327,3
26,6
949
327,8
16,7
049
328,3
06,6
949,0
0327,8
1
130
6,6
152
343,7
26,6
252
344,2
46,6
552
345,8
06,6
352,0
0344,5
9
120
6,5
756
367,9
26,5
756
367,9
26,5
856
368,4
86,5
756,0
0368,1
1
110
6,5
161
397,1
16,5
261
397,7
26,5
361
398,3
36,5
261,0
0397,7
2
100
6,4
664
413,4
46,4
666
426,3
66,4
666
426,3
66,4
665,3
3422,0
5
90
6,3
872
459,3
66,3
872
459,3
66,3
872
459,3
66,3
872,0
0459,3
6
80
6,2
880
502,4
06,2
980
503,2
06,2
980
503,2
06,2
980,0
0502,9
3
70
6,1
789
549,1
36,1
789
549,1
36,1
890
556,2
06,1
789,3
3551,4
9
60
6,0
5102
617,1
06,0
6102
618,1
26,0
6102
618,1
26,0
6102,0
0617,7
8
50
5,8
911
9700,9
15,9
0119
702,1
05,9
011
9702,1
05,9
0119,0
0701,7
0
40
5,5
9139
777,0
15,7
0142
809,4
05,6
6143
809,3
85,6
5141,3
3798,6
0
35
5,4
6157
857,2
25,5
6158
878,4
85,5
8160
892,8
05,5
3158,3
3876,1
7
34
5,4
4160
870,4
05,5
3162
895,8
65,5
7164
913,4
85,5
1162,0
0893,2
5
33
5,4
1164
887,2
45,4
7166
908,0
25,5
1167
920,1
75,4
6165,6
7905,1
4
32
5,3
7168
902,1
65,4
3169
917,6
75,4
6170
928,2
05,4
2169,0
0916,0
1
31
5,3
3173
922,0
95,2
4172
901,2
85,4
3175
950,2
55,3
3173,3
3924,5
4
30
5,2
8177
934,5
65,1
9172
892,6
85,2
5176
924,0
05,2
4175,0
0917,0
8
29
5,1
8179
927,2
25,0
3174
875,2
25,0
7176
892,3
25,0
9176,3
3898,2
5
28
5,0
3180
905,4
04,8
5174
843,9
04,9
2177
870,8
44,9
3177,0
0873,3
8
27
4,8
8181
883,2
84,7
3175
827,7
54,7
8177
846,0
64,8
0177,6
7852,3
6
26
4,6
9180
844,2
04,5
5175
796,2
54,6
5178
827,7
04,6
3177,6
7822,7
2
25
4,5
0181
814,5
04,3
4175
759,5
04,4
3178
788,5
44,4
2178,0
0787,5
1
20
3,7
3188
701,2
43,7
2187
695,6
43,6
6184
673,4
43,7
0186,3
3690,1
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EC
TR
OL
IZA
DO
R
2
EL
EC
TR
OL
IZA
DO
R
3
20
Tabla 7: Datos estadísticos curva de 3,5V.
VO
LT
AJE
IN
(V
)C
OR
RIE
NT
E
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc/s
)
VO
LT
AJE
IN (
V)
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IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc/s
)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc/s
)0
6,6
7E
-05
7,4
4E
-04
00
,008
16
0,0
27
28
00
,877
95
8,2
14
64
RE
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TE
NC
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UT
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)
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01
09
00
,680
56
0,0
33
00
00
,824
96
0,4
58
52
00
,458
52
300
0,0
00
56
0,0
00
00
0,3
75
56
0,0
23
57
0,0
00
00
0,6
12
83
0,3
29
04
0,0
00
00
0,3
29
04
290
0,0
00
36
0,2
22
22
13,2
192
90
,018
86
0,4
71
40
3,6
35
83
0,2
64
59
1,7
90
14
1,9
37
32
280
0,0
00
20
0,0
00
00
0,1
45
80
0,0
14
14
0,0
00
00
0,3
81
84
0,1
99
19
0,0
00
00
0,1
99
19
270
0,0
00
20
0,0
00
00
0,1
56
80
0,0
14
14
0,0
00
00
0,3
95
98
0,1
99
75
0,0
00
00
0,1
99
75
260
0,0
00
20
0,0
00
00
0,1
68
20
0,0
14
14
0,0
00
00
0,4
10
12
0,2
00
60
0,0
00
00
0,2
00
60
250
0,0
00
09
0,0
00
00
0,0
80
00
0,0
09
43
0,0
00
00
0,2
82
84
0,1
34
24
0,0
00
00
0,1
34
24
240
0,0
00
20
0,0
00
00
0,2
04
80
0,0
14
14
0,0
00
00
0,4
52
55
0,2
02
03
0,0
00
00
0,2
02
03
230
0,0
00
20
0,0
00
00
0,2
17
80
0,0
14
14
0,0
00
00
0,4
66
69
0,2
02
90
0,0
00
00
0,2
02
90
220
0,0
00
09
0,0
00
00
0,1
02
76
0,0
09
43
0,0
00
00
0,3
20
56
0,1
35
98
0,0
00
00
0,1
35
98
210
0,0
00
09
0,0
00
00
0,1
1520
0,0
09
43
0,0
00
00
0,3
39
41
0,1
36
57
0,0
00
00
0,1
36
57
200
0,0
00
02
0,0
00
00
0,0
30
42
0,0
04
71
0,0
00
00
0,1
74
42
0,0
68
55
0,0
00
00
0,0
68
55
190
0,0
00
09
0,0
00
00
0,1
35
20
0,0
09
43
0,0
00
00
0,3
67
70
0,1
37
77
0,0
00
00
0,1
37
77
180
0,0
00
09
0,0
00
00
0,1
49
42
0,0
09
43
0,0
00
00
0,3
86
55
0,1
38
38
0,0
00
00
0,1
38
38
170
0,0
00
09
0,0
00
00
0,1
72
09
0,0
09
43
0,0
00
00
0,4
14
84
0,1
39
19
0,0
00
00
0,1
39
19
160
0,0
00
07
0,0
00
00
0,1
41
07
0,0
08
16
0,0
00
00
0,3
75
59
0,1
21
32
0,0
00
00
0,1
21
32
150
0,0
00
07
0,0
00
00
0,1
60
07
0,0
08
16
0,0
00
00
0,4
00
08
0,1
22
05
0,0
00
00
0,1
22
05
140
0,0
00
29
0,0
00
00
0,7
8116
0,0
17
00
0,0
00
00
0,8
83
83
0,2
56
49
0,0
00
00
0,2
56
49
130
0,0
00
02
0,0
00
00
0,0
69
69
0,0
04
71
0,0
00
00
0,2
63
99
0,0
71
71
0,0
00
00
0,0
71
71
120
0,0
00
07
0,0
00
00
0,2
48
07
0,0
08
16
0,0
00
00
0,4
98
06
0,1
25
23
0,0
00
00
0,1
25
23
110
0,0
00
00
0,8
88
89
37,0
947
60
,000
00
0,9
42
81
6,0
90
55
0,0
00
00
1,4
43
08
1,4
43
08
100
0,0
00
00
0,0
00
00
0,0
00
00
0,0
00
00
0,0
00
00
0,0
00
00
0,0
00
00
0,0
00
00
0,0
00
00
90
0,0
00
02
0,0
00
00
0,1
42
22
0,0
04
71
0,0
00
00
0,3
77
12
0,0
74
98
0,0
00
00
0,0
74
98
80
0,0
00
02
0,2
22
22
11
,107
76
0,0
04
71
0,4
71
40
3,3
32
83
0,0
76
36
0,5
27
69
0,6
04
34
70
0,0
00
02
0,0
00
00
0,2
31
20
0,0
04
71
0,0
00
00
0,4
80
83
0,0
77
83
0,0
00
00
0,0
77
83
60
0,0
00
02
0,0
00
00
0,3
14
69
0,0
04
71
0,0
00
00
0,5
60
97
0,0
79
94
0,0
00
00
0,0
79
94
50
0,0
02
07
2,8
88
89
232
,992
16
0,0
45
46
1,6
99
67
15,2
640
80
,804
61
1,2
02
60
1,9
1136
40
0,0
02
76
1,5
55
56
213
,665
16
0,0
52
49
1,2
47
22
14,6
172
90
,948
68
0,7
87
72
1,6
68
32
35
0,0
02
96
2,6
66
67
312
,729
16
0,0
54
37
1,6
32
99
17,6
841
50
,986
06
1,0
08
02
1,9
79
76
34
0,0
01
69
1,5
55
56
184
,868
42
0,0
4110
1,2
47
22
13,5
966
30
,752
22
0,7
52
85
1,5
02
15
33
0,0
01
40
0,6
66
67
11
4,3
914
00
,037
42
0,8
16
50
10,6
953
90
,690
34
0,4
83
13
1,1
67
61
32
0,0
06
02
1,5
55
56
402
,678
07
0,0
77
60
1,2
47
22
20,0
668
41
,455
06
0,7
19
55
2,1
70
47
31
0,0
01
40
4,6
66
67
316
,265
60
0,0
37
42
2,1
60
25
17,7
838
60
,714
06
1,2
34
43
1,9
39
18
30
0,0
04
02
4,2
22
22
468
,268
89
0,0
63
42
2,0
54
80
21,6
395
21
,245
18
1,1
65
30
2,4
09
07
29
0,0
05
49
6,0
00
00
633
,600
80
0,0
74
09
2,4
49
49
25,1
714
31
,501
76
1,3
83
89
2,8
82
07
28
0,0
03
89
6,2
22
22
533
,796
16
0,0
62
36
2,4
94
44
23,1
040
31
,300
09
1,4
04
00
2,7
10
58
27
0,0
03
47
4,2
22
22
395
,617
22
0,0
58
88
2,0
54
80
19,8
901
31
,271
67
1,1
56
55
2,4
17
62
26
0,0
04
29
6,0
00
00
504
,693
69
0,0
65
49
2,4
49
49
22,4
653
91
,480
55
1,3
76
12
2,8
52
70
25
0,0
00
96
2,8
88
89
144
,11556
0,0
30
91
1,6
99
67
12,0
048
10
,834
71
0,9
12
17
1,7
39
56
20
0,0
00
02
3,5
55
56
12,7
493
60
,004
71
1,8
85
62
3,5
70
62
0,2
24
84
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0,8
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,5V
.
CE
LD
A D
E H
IDRÓ
GE
NO
CE
LD
A D
E H
IDRÓ
GE
NO
21
Tabla 8: Parámetros medidos con 3,75V de entrada en el electrolizador.
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc
/s)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc
/s)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
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A)
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H2
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51
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85
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51
,20
,455
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51
,20
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51
,18
0,4
46
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IA m
(W)
300
7,1
326
185
,38
7,2
326
187
,98
7,2
826
189
,28
7,2
12
6,0
01
87
,55
290
7,1
227
192
,24
7,2
127
194
,67
7,2
528
203
,00
7,1
92
7,3
31
96
,64
280
7,1
028
198
,80
7,1
729
207
,93
7,2
329
209
,67
7,1
72
8,6
72
05
,47
270
7,0
828
198
,24
7,1
529
207
,35
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929
208
,51
7,1
42
8,6
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04
,70
260
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211
,50
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331
221
,03
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222
,27
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23
0,6
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18
,27
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220
,41
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,80
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1,3
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,28
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932
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,88
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234
,96
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,01
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,79
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,05
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4,6
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,15
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,20
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,36
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,08
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,21
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,86
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,00
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,93
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,27
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,91
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6,8
240
272
,80
6,9
141
283
,31
6,9
341
284
,13
6,8
94
0,6
72
80
,08
170
6,8
042
285
,60
6,8
942
289
,38
6,9
143
297
,13
6,8
74
2,3
32
90
,70
160
6,7
544
297
,00
6,8
545
308
,25
6,8
645
308
,70
6,8
24
4,6
73
04
,65
150
6,7
247
315
,84
6,8
147
320
,07
6,8
347
321
,01
6,7
94
7,0
03
18
,97
140
6,6
650
333
,00
6,7
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345
,27
6,7
851
345
,78
6,7
45
0,6
73
41
,35
130
6,6
153
350
,33
6,7
154
362
,34
6,7
454
363
,96
6,6
95
3,6
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58
,88
120
6,5
657
373
,92
6,6
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,86
6,6
958
388
,02
6,6
45
7,6
73
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,93
110
6,5
061
396
,50
6,6
162
409
,82
6,6
162
409
,82
6,5
76
1,6
74
05
,38
100
6,4
366
424
,38
6,5
468
444
,72
6,5
667
439
,52
6,5
16
7,0
04
36
,21
90
6,3
673
464
,28
6,4
776
491
,72
6,4
874
479
,52
6,4
47
4,3
34
78
,51
80
6,2
681
507
,06
6,3
583
527
,05
6,3
881
516
,78
6,3
38
1,6
75
16
,96
70
6,1
790
555
,30
6,2
793
583
,11
6,2
892
577
,76
6,2
49
1,6
75
72
,06
60
6,0
2102
614
,04
6,1
1103
629
,33
6,1
3104
637
,52
6,0
91
03
,00
626
,96
50
5,8
8120
705
,60
6,0
4123
742
,92
5,9
8121
723
,58
5,9
71
21
,33
724
,03
40
5,6
6143
809
,38
5,8
2147
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,54
5,7
9145
839
,55
5,7
61
45
,00
834
,82
30
5,3
5180
963
,00
5,4
9185
101
5,6
55
,49
183
100
4,6
75
,44
182
,67
994
,44
20
5,1
3257
131
8,4
15
,22
261
136
2,4
25
,24
263
137
8,1
25
,20
260
,33
135
2,9
8
19
5,0
4266
134
0,6
45
,12
272
139
2,6
45
,15
273
140
5,9
55
,10
270
,33
137
9,7
4
18
4,9
5277
137
1,1
55
,08
281
142
7,4
85
,09
284
144
5,5
65
,04
280
,67
141
4,7
3
17
4,8
5287
139
1,9
54
,95
293
145
0,3
54
,97
293
145
6,2
14
,92
291
,00
143
2,8
4
16
4,7
8299
142
9,2
24
,88
305
148
8,4
04
,85
310
150
3,5
04
,84
304
,67
147
3,7
1
15
4,6
1320
147
5,2
04
,68
322
150
6,9
64
,77
322
153
5,9
44
,69
321
,33
150
6,0
3
14
4,5
0325
146
2,5
04
,61
333
153
5,1
34
,62
333
153
8,4
64
,58
330
,33
151
2,0
3
13
4,3
8332
145
4,1
64
,43
341
151
0,6
34
,43
341
151
0,6
34
,41
338
,00
149
1,8
1
12
3,9
6335
132
6,6
04
,08
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44
,08
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3,5
24
,04
340
,67
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2
113
,65
336
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6,4
03
,67
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13
,71
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127
6,2
43
,68
341
,00
125
3,8
2
10
3,3
2340
1128
,80
3,4
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11
79
,86
3,4
1347
11
83
,27
3,3
83
44
,33
1163
,98
93
,09
344
106
2,9
63
,19
350
111
6,5
03
,19
350
111
6,5
03
,16
348
,00
109
8,6
5
83
,03
347
105
1,4
12
,91
352
102
4,3
22
,90
352
102
0,8
02
,95
350
,33
103
2,1
8
12
3P
RO
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RE
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OR
EL
EC
TR
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RO
LIZ
AD
OR
Tabla
8:
Pará
met
ros
med
idos
con 3
,75V
de
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dor.
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LD
A D
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NO
CE
LD
A D
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GE
NO
22
Tabla 9: Datos estadísticos curva de 3,75V.
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc/s
)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc/s
)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc/s
)0
8,0
0E
-04
2,2
5E
-03
00,0
2828
0,0
4746
02,3
9697
10,6
3147
RE
SIS
TE
NC
IA
VO
UT
I OU
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CIA
VO
UT
(V
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UT
PO
TE
NC
IAR
OU
T (!
)
0,0
0389
02,6
2889
0,0
6236
01,6
2138
0,8
6452
00,8
6452
300
0,0
0296
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21,2
3016
0,0
5437
0,4
7140
4,6
0762
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5577
1,7
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2,3
4321
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0,0
0282
0,2
2222
22,7
2682
0,0
5312
0,4
7140
4,7
6727
0,7
4127
1,6
4443
2,3
2021
280
0,0
0207
0,2
2222
21,0
9007
0,0
4546
0,4
7140
4,5
9239
0,6
3670
1,6
4443
2,2
4347
270
0,0
0249
0,2
2222
23,1
5016
0,0
4989
0,4
7140
4,8
1146
0,7
0101
1,5
3719
2,2
0440
260
0,0
0296
0,2
2222
22,5
7429
0,0
5437
0,4
7140
4,7
5124
0,7
6642
1,5
0448
2,1
3753
250
0,0
0309
0,2
2222
22,5
2942
0,0
5558
0,4
7140
4,7
4652
0,7
8648
1,4
5795
2,0
7719
240
0,0
0276
0,2
2222
21,4
5056
0,0
5249
0,4
7140
4,6
3147
0,7
4529
1,4
1421
1,9
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230
0,0
0296
0,2
2222
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0,0
5437
0,4
7140
5,1
1847
0,7
7517
1,3
5982
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0,0
0229
0,2
2222
24,6
7982
0,0
4784
0,4
7140
4,9
6788
0,6
8477
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1,9
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210
0,0
0216
0,2
2222
24,7
1660
0,0
4643
0,4
7140
4,9
7158
0,6
6771
1,2
5152
1,8
9806
200
0,0
0140
0,6
6667
50,1
7740
0,0
3742
0,8
1650
7,0
8360
0,5
4070
2,0
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2,6
2443
190
0,0
0229
0,2
2222
26,6
1127
0,0
4784
0,4
7140
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0,6
9471
1,1
5919
1,8
4183
180
0,0
0229
0,2
2222
23,0
3242
0,0
4784
0,4
7140
4,7
9921
0,6
9673
1,1
1355
1,6
5090
170
0,0
0247
0,2
2222
29,2
9500
0,0
4967
0,4
7140
5,4
1249
0,7
2823
1,0
5538
1,7
7662
160
0,0
0229
0,0
0000
5,0
5616
0,0
4784
0,0
0000
2,2
4859
0,7
0495
0,0
0000
0,7
0495
150
0,0
0296
0,2
2222
34,9
0460
0,0
5437
0,4
7140
5,9
0801
0,8
0700
0,9
3040
1,7
3078
140
0,0
0309
0,2
2222
36,9
6016
0,0
5558
0,4
7140
6,0
7949
0,8
3117
0,8
7839
1,6
9403
130
0,0
0327
0,2
2222
40,8
4436
0,0
5715
0,4
7140
6,3
9096
0,8
6076
0,8
1746
1,6
6895
120
0,0
0269
0,2
2222
39,4
2720
0,0
5185
0,4
7140
6,2
7911
0,7
8886
0,7
6444
1,5
4894
110
0,0
0327
0,6
6667
74,4
4169
0,0
5715
0,8
1650
8,6
2796
0,8
7795
1,2
1865
1,9
7795
100
0,0
0296
1,5
5556
126,0
0569
0,0
5437
1,2
4722
11,2
2523
0,8
4461
1,6
7787
2,3
4589
90
0,0
0260
0,8
8889
66,6
1682
0,0
5099
0,9
4281
8,1
6191
0,8
0553
1,1
5446
1,5
7882
80
0,0
0247
1,5
5556
145,1
6336
0,0
4967
1,2
4722
12,0
4838
0,7
9592
1,3
6060
2,1
0615
70
0,0
0229
0,6
6667
94,6
8562
0,0
4784
0,8
1650
9,7
3065
0,7
8602
0,7
9272
1,5
5203
60
0,0
0436
1,5
5556
232,2
3316
0,0
6600
1,2
4722
15,2
3920
1,1
0609
1,0
2793
2,1
0476
50
0,0
0482
2,6
6667
366,2
9496
0,0
6944
1,6
3299
19,1
3883
1,2
0629
1,1
2620
2,2
9256
40
0,0
0436
4,2
2222
514,3
3020
0,0
6600
2,0
5480
22,6
7885
1,2
1243
1,1
2489
2,2
8056
30
0,0
0229
6,2
2222
638,7
3936
0,0
4784
2,4
9444
25,2
7329
0,9
2064
0,9
5817
1,8
6797
20
0,0
0216
9,5
5556
794,0
6136
0,0
4643
3,0
9121
28,1
7909
0,9
0976
1,1
4348
2,0
4234
19
0,0
0407
8,2
2222
1004,0
8927
0,0
6377
2,8
6744
31,6
8737
1,2
6529
1,0
2165
2,2
3982
18
0,0
0276
8,0
0000
841,5
8302
0,0
5249
2,8
2843
29,0
1005
1,0
6622
0,9
7197
2,0
2466
17
0,0
0176
20,2
2222
1027,5
3342
0,0
4190
4,4
9691
32,0
5516
0,8
6629
1,4
7601
2,1
7514
16
0,0
0429
0,8
8889
615,3
2062
0,0
6549
0,9
4281
24,8
0566
1,3
9736
0,2
9341
1,6
4709
15
0,0
0296
14,2
2222
1228,4
5860
0,0
5437
3,7
7124
35,0
4937
1,1
8787
1,1
4165
2,3
1803
14
0,0
0056
18,0
0000
708,6
3576
0,0
2357
4,2
4264
26,6
2021
0,5
3407
1,2
5522
1,7
8443
13
0,0
0320
16,2
2222
1248,7
7760
0,0
5657
4,0
2768
35,3
3805
1,4
0021
1,1
8229
2,5
6720
12
0,0
0062
12,6
6667
426,4
7096
0,0
2494
3,5
5903
20,6
5117
0,6
7845
1,0
4370
1,6
4706
11
0,0
0180
9,5
5556
620,6
3696
0,0
4243
3,0
9121
24,9
1259
1,2
5522
0,8
9774
2,1
4030
10
0,0
0222
8,0
0000
637,0
0702
0,0
4714
2,8
2843
25,2
3900
1,4
9336
0,8
1277
2,2
9727
9
0,0
0349
5,5
5556
187,0
2562
0,0
5907
2,3
5702
13,6
7573
2,0
0453
0,6
7279
1,3
2494
8
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GE
NO
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LD
A D
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IDRÓ
GE
NO
23
Tabla 10: Parámetros medidos con 4V de entrada en el electrolizador.
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2 (c
c/s)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2m
(cc/
s)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2 (c
c/s)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2 (c
c/s)
41,3
30,4
37
41,4
30,4
76
41,4
70,4
67
41,4
10,4
60
RE
SIS
TE
NC
IA
RO
UT
(!
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UT
(m
A)
PO
TE
NC
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(W)
VO
UT
(V
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UT
(m
A)
PO
TE
NC
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(W)
VO
UT
(V
)I O
UT
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A)
PO
TE
NC
IA m
(W)
VO
UT
(V
)I O
UT
(m
A)
PO
TE
NC
IA m
(W)
300
7,2
525
181,2
57,4
625
186,5
07,4
825
187,0
07,4
025,0
0184,9
2
290
7,2
426
188,2
47,4
226
192,9
27,4
226
192,9
27,3
626,0
0191,3
6
280
7,2
327
195,2
17,3
927
199,5
37,4
027
199,8
07,3
427,0
0198,1
8
270
7,2
127
194,6
77,3
728
206,3
67,3
728
206,3
67,3
227,6
7202,4
6
260
7,1
828
201,0
47,3
329
212,5
77,3
329
212,5
77,2
828,6
7208,7
3
250
7,1
629
207,6
47,3
130
219,3
07,3
130
219,3
07,2
629,6
7215,4
1
240
7,1
530
214,5
07,2
931
225,9
97,2
631
225,0
67,2
330,6
7221,8
5
230
7,1
331
221,0
37,2
532
232,0
07,2
432
231,6
87,2
131,6
7228,2
4
220
7,0
933
233,9
77,2
233
238,2
67,2
233
238,2
67,1
833,0
0236,8
3
210
7,0
734
240,3
87,2
035
252,0
07,1
835
251,3
07,1
534,6
7247,8
9
200
7,0
435
246,4
07,1
636
257,7
67,1
536
257,4
07,1
235,6
7253,8
5
190
7,0
137
259,3
77,1
438
271,3
27,1
338
270,9
47,0
937,6
7267,2
1
180
6,9
839
272,2
27,1
040
284,0
07,0
840
283,2
07,0
539,6
7279,8
1
170
6,9
541
284,9
57,0
742
296,9
47,0
642
296,5
27,0
341,6
7292,8
0
160
6,9
143
297,1
37,0
244
308,8
87,0
144
308,4
46,9
843,6
7304,8
2
150
6,8
946
316,9
46,9
947
328,5
36,9
847
328,0
66,9
546,6
7324,5
1
140
6,8
350
341,5
06,9
350
346,5
06,9
350
346,5
06,9
050,0
0344,8
3
130
6,8
053
360,4
06,9
053
365,7
06,9
053
365,7
06,8
753,0
0363,9
3
120
6,7
556
378,0
06,8
457
389,8
86,8
457
389,8
86,8
156,6
7385,9
2
110
6,6
961
408,0
96,7
862
420,3
66,7
762
419,7
46,7
561,6
7416,0
6
100
6,6
267
443,5
46,7
167
449,5
76,7
167
449,5
76,6
867,0
0447,5
6
90
6,5
473
477,4
26,6
574
492,1
06,6
574
492,1
06,6
173,6
7487,2
1
80
6,4
581
522,4
56,5
482
536,2
86,5
482
536,2
86,5
181,6
7531,6
7
70
6,3
591
577,8
56,4
492
592,4
86,4
392
591,5
66,4
191,6
7587,3
0
60
6,2
3104
647,9
26,2
9106
666,7
46,2
8106
665,6
86,2
7105,3
3660,1
1
50
6,0
7121
734,4
76,1
5123
756,4
56,1
5123
756,4
56,1
2122,3
3749,1
2
40
5,8
6147
861,4
25,9
3149
883,5
75,9
2149
882,0
85,9
0148,3
3875,6
9
30
5,5
6185
1028,6
05,6
1186
1043,4
65,6
3187
1052,8
15,6
0186,0
01041,6
2
20
5,2
4258
1351,9
25,3
8268
1441,8
45,4
5273
1487,8
55,3
6266,3
31427,2
0
19
5,1
2271
1387,5
25,2
7277
1459,7
95,3
5279
1492,6
55,2
5275,6
71446,6
5
18
5,0
2279
1400,5
85,1
6258
1331,2
85,2
2291
1519,0
25,1
3276,0
01416,9
6
17
4,9
1290
1423,9
05,0
5301
1520,0
55,1
3303
1554,3
95,0
3298,0
01499,4
5
16
4,8
2302
1455,6
44,9
1313
1536,8
34,9
8313
1558,7
44,9
0309,3
31517,0
7
15
4,6
4309
1433,7
64,8
6325
1579,5
04,9
0330
1617,0
04,8
0321,3
31543,4
2
14
4,5
8330
1511,4
04,7
0341
1602,7
04,7
2341
1609,5
24,6
7337,3
31574,5
4
13
4,4
5344
1530,8
04,5
4355
1611,7
04,6
3355
1643,6
54,5
4351,3
31595,3
8
12
4,3
3358
1550,1
44,3
9361
1584,7
94,3
5364
1583,4
04,3
6361,0
01572,7
8
11
4,0
9367
1501,0
34,1
1370
1520,7
04,1
3371
1532,2
34,1
1369,3
31517,9
9
10
3,7
9374
1417,4
63,8
1381
1451,6
13,8
1381
1451,6
13,8
0378,6
71440,2
3
93,3
9386
1308,5
43,4
0390
1326,0
03,4
1391
1333,3
13,4
0389,0
01322,6
2
83,1
8392
1246,5
63,2
2397
1278,3
43,2
2397
1278,3
43,2
1395,3
31267,7
5
12
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LD
A D
E H
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NO
CE
LD
A D
E H
IDRÓ
GE
NO
24
Tabla 11: Datos estadísticos curva de 4V.
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc/s
)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc/s
)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc/s
)0
3,4
7E
-03
2,8
0E
-04
00,0
5888
0,0
1675
04,1
7577
3,6
3900
RE
SIS
TE
NC
IA
VO
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I OU
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OT
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VO
UT
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UT
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UT
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TE
NC
IAR
OU
T (!
)
0,0
1082
06,7
6389
0,1
0403
02,6
0075
1,4
0644
01,4
0644
300
0,0
0720
0,0
0000
4,8
6720
0,0
8485
0,0
0000
2,2
0617
1,1
5289
0,0
0000
1,1
5289
290
0,0
0607
0,0
0000
4,4
2260
0,0
7789
0,0
0000
2,1
0300
1,0
6116
0,0
0000
1,0
6116
280
0,0
0569
0,2
2222
30,3
6802
0,0
7542
0,4
7140
5,5
1072
1,0
3086
1,7
0387
2,7
2184
270
0,0
0500
0,2
2222
29,5
4242
0,0
7071
0,4
7140
5,4
3529
0,9
7130
1,6
4443
2,6
0402
260
0,0
0500
0,2
2222
30,2
1236
0,0
7071
0,4
7140
5,4
9658
0,9
7398
1,5
8900
2,5
5164
250
0,0
0362
0,2
2222
27,1
5540
0,0
6018
0,4
7140
5,2
1108
0,8
3205
1,5
3719
2,3
4892
240
0,0
0296
0,2
2222
25,9
8509
0,0
5437
0,4
7140
5,0
9756
0,7
5437
1,4
8865
2,2
3345
230
0,0
0376
0,0
0000
4,0
8980
0,0
6128
0,0
0000
2,0
2233
0,8
5391
0,0
0000
0,8
5391
220
0,0
0327
0,2
2222
28,3
0676
0,0
5715
0,4
7140
5,3
2041
0,7
9937
1,3
5982
2,1
4625
210
0,0
0296
0,2
2222
27,7
9769
0,0
5437
0,4
7140
5,2
7235
0,7
6391
1,3
2169
2,0
7693
200
0,0
0349
0,2
2222
30,7
5687
0,0
5907
0,4
7140
5,5
4589
0,8
3271
1,2
5152
2,0
7548
190
0,0
0276
0,2
2222
28,8
8542
0,0
5249
0,4
7140
5,3
7452
0,7
4424
1,1
8841
1,9
2080
180
0,0
0296
0,2
2222
30,8
6682
0,0
5437
0,4
7140
5,5
5579
0,7
7370
1,1
3137
1,8
9745
170
0,0
0247
0,2
2222
29,5
7469
0,0
4967
0,4
7140
5,4
3826
0,7
1154
1,0
7955
1,7
8411
160
0,0
0202
0,2
2222
28,6
8927
0,0
4497
0,4
7140
5,3
5624
0,6
4673
1,0
1015
1,6
5056
150
0,0
0222
0,0
0000
5,5
5556
0,0
4714
0,0
0000
2,3
5702
0,6
8353
0,0
0000
0,6
8353
140
0,0
0222
0,0
0000
6,2
4222
0,0
4714
0,0
0000
2,4
9844
0,6
8651
0,0
0000
0,6
8651
130
0,0
0180
0,2
2222
31,3
6320
0,0
4243
0,4
7140
5,6
0029
0,6
2300
0,8
3189
1,4
5115
120
0,0
0162
0,2
2222
31,8
5109
0,0
4028
0,4
7140
5,6
4368
0,5
9699
0,7
6444
1,3
5645
110
0,0
0180
0,0
0000
8,0
8020
0,0
4243
0,0
0000
2,8
4257
0,6
3513
0,0
0000
0,6
3513
100
0,0
0269
0,2
2222
47,8
8942
0,0
5185
0,4
7140
6,9
2022
0,7
8409
0,6
3992
1,4
2039
90
0,0
0180
0,2
2222
42,5
0420
0,0
4243
0,4
7140
6,5
1952
0,6
5171
0,5
7723
1,2
2624
80
0,0
0162
0,2
2222
44,7
6082
0,0
4028
0,4
7140
6,6
9035
0,6
2867
0,5
1426
1,1
3918
70
0,0
0069
0,8
8889
74,5
2596
0,0
2625
0,9
4281
8,6
3284
0,4
1883
0,8
9507
1,3
0778
60
0,0
0142
0,8
8889
107,3
6009
0,0
3771
0,9
4281
10,3
6147
0,6
1588
0,7
7069
1,3
8315
50
0,0
0096
0,8
8889
102,1
8647
0,0
3091
0,9
4281
10,1
0873
0,5
2364
0,6
3560
1,1
5437
40
0,0
0087
0,6
6667
99,3
7402
0,0
2944
0,8
1650
9,9
6865
0,5
2570
0,4
3898
0,9
5703
30
0,0
0762
38,8
8889
3186,6
1016
0,0
8731
6,2
3610
56,4
5007
1,6
2984
2,3
4146
3,9
5529
20
0,0
0909
11,5
5556
1928,3
3882
0,0
9534
3,3
9935
43,9
1285
1,8
1707
1,2
3314
3,0
3548
19
0,0
0702
186,0
0000
6008,5
3680
0,0
8380
13,6
3818
77,5
1475
1,6
3244
4,9
4137
5,4
7050
18
0,0
0827
32,6
6667
3050,1
8869
0,0
9092
5,7
1548
55,2
2851
1,8
0758
1,9
1794
3,6
8326
17
0,0
0429
26,8
8889
1966,8
3047
0,0
6549
5,1
8545
44,3
4896
1,3
3561
1,6
7633
2,9
2333
16
0,0
1307
80,2
2222
6247,0
3280
0,1
1431
8,9
5669
79,0
3817
2,3
8145
2,7
8735
5,1
2098
15
0,0
0382
26,8
8889
2001,0
8187
0,0
6182
5,1
8545
44,7
3345
1,3
2480
1,5
3719
2,8
4105
14
0,0
0540
26,8
8889
2255,6
3722
0,0
7348
5,1
8545
47,4
9355
1,6
1861
1,4
7593
2,9
7694
13
0,0
0062
6,0
0000
256,5
3136
0,0
2494
2,4
4949
16,0
1660
0,5
7256
0,6
7853
1,0
1836
12
0,0
0027
2,8
8889
165,9
2109
0,0
1633
1,6
9967
12,8
8104
0,3
9732
0,4
6020
0,8
4856
11
0,0
0009
10,8
8889
259,1
6056
0,0
0943
3,2
9983
16,0
9846
0,2
4789
0,8
7143
1,1
1777
10
0,0
0007
4,6
6667
107,9
8229
0,0
0816
2,1
6025
10,3
9145
0,2
4015
0,5
5533
0,7
8567
9
0,0
0036
5,5
5556
224,4
3742
0,0
1886
2,3
5702
14,9
8124
0,5
8803
0,5
9621
1,1
8172
8
EL
EC
TR
OL
IZA
DO
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LE
CT
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TE
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Tab
la 1
1:
Dato
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cos
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e 4
V.
CE
LD
A D
E H
IDRÓ
GE
NO
CE
LD
A D
E H
IDRÓ
GE
NO
25
Tabla 12: Parámetros medidos con 4,25V de entrada en el electrolizador.
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(c
c/s)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(c
c/s)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(c
c/s)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(c
c/s)
4,2
52
,62
0,6
37
4,2
52
,57
0,8
62
4,2
52
,53
0,8
46
4,2
52
,55
0,8
54
RE
SIS
TE
NC
IA
RO
UT
(!
)V
OU
T (V
)I O
UT
(m
A)
PO
TE
NC
IA m
(W)
VO
UT
(V
)I O
UT
(m
A)
PO
TE
NC
IA m
(W)
VO
UT
(V
)I O
UT
(m
A)
PO
TE
NC
IA m
(W)
VO
UT
(V
)I O
UT
(m
A)
PO
TE
NC
IA m
(W)
400
7,5
619
143
,64
7,7
820
155
,60
7,8
520
157
,00
7,8
22
0,0
01
56
,30
350
7,4
822
164
,56
7,7
022
169
,40
7,7
422
170
,28
7,7
22
2,0
01
69
,84
300
7,4
125
185
,25
7,6
226
198
,12
7,7
326
200
,98
7,6
82
6,0
01
99
,55
290
7,4
026
192
,40
7,5
926
197
,34
7,6
227
205
,74
7,6
12
6,5
02
01
,53
280
7,3
727
198
,99
7,5
627
204
,12
7,5
827
204
,66
7,5
72
7,0
02
04
,39
270
7,3
528
205
,80
7,5
128
210
,28
7,5
628
211
,68
7,5
42
8,0
02
10
,98
260
7,3
229
212
,28
7,4
929
217
,21
7,5
529
218
,95
7,5
22
9,0
02
18
,08
250
7,3
130
219
,30
7,4
730
224
,10
7,6
031
235
,60
7,5
43
0,5
02
29
,82
240
7,2
931
225
,99
7,4
431
230
,64
7,5
232
240
,64
7,4
83
1,5
02
35
,62
230
7,2
532
232
,00
7,4
133
244
,53
7,4
833
246
,84
7,4
53
3,0
02
45
,69
220
7,2
333
238
,59
7,3
934
251
,26
7,4
634
253
,64
7,4
33
4,0
02
52
,45
210
7,2
035
252
,00
7,3
735
257
,95
7,4
336
267
,48
7,4
03
5,5
02
62
,70
200
7,1
836
258
,48
7,3
337
271
,21
7,4
037
273
,80
7,3
73
7,0
02
72
,51
190
7,1
638
272
,08
7,3
239
285
,48
7,3
939
288
,21
7,3
63
9,0
02
86
,85
180
7,1
440
285
,60
7,3
040
292
,00
7,3
341
300
,53
7,3
24
0,5
02
96
,26
170
7,0
842
297
,36
7,2
543
311
,75
7,3
243
314
,76
7,2
94
3,0
03
13
,26
160
7,0
644
310
,64
7,2
345
325
,35
7,3
046
335
,80
7,2
74
5,5
03
30
,56
150
7,0
247
329
,94
7,1
948
345
,12
7,2
448
347
,52
7,2
24
8,0
03
46
,32
140
6,9
850
349
,00
7,1
651
365
,16
7,2
152
374
,92
7,1
95
1,5
03
70
,03
130
6,9
254
373
,68
7,1
355
392
,15
7,1
755
394
,35
7,1
55
5,0
03
93
,25
120
6,9
058
400
,20
7,0
659
416
,54
7,1
160
426
,60
7,0
95
9,5
04
21
,56
110
6,8
362
423
,46
7,0
164
448
,64
7,0
765
459
,55
7,0
46
4,5
04
54
,08
100
6,7
568
459
,00
6,9
770
487
,90
7,0
070
490
,00
6,9
97
0,0
04
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,95
90
6,7
175
503
,25
6,8
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522
,88
6,9
377
533
,61
6,9
17
6,5
05
28
,23
80
6,6
383
550
,29
6,7
785
575
,45
6,8
486
588
,24
6,8
18
5,5
05
81
,83
70
6,5
193
605
,43
6,6
895
634
,60
6,7
596
648
,00
6,7
29
5,5
06
41
,28
60
6,4
0107
684
,80
6,6
0109
719
,40
6,6
3110
729
,30
6,6
21
09
,50
724
,34
50
6,2
5124
775
,00
6,4
4129
830
,76
6,5
1130
846
,30
6,4
81
29
,50
838
,51
40
6,0
6150
909
,00
6,2
1155
962
,55
6,2
7156
978
,12
6,2
41
55
,50
970
,32
30
5,8
1191
11
09
,71
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11
48
,55
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120
6,0
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,96
197
,50
11
77
,10
20
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142
5,7
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,47
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2,3
75
,47
271
148
2,3
75
,47
271
,00
148
2,3
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145
8,5
85
,09
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5,5
15
,15
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6,7
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,12
342
,00
175
1,0
4
14
4,6
5333
154
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54
,95
350
173
2,5
04
,98
355
176
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04
,97
352
,50
175
0,1
6
13
4,5
3346
156
7,3
84
,78
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173
5,1
44
,81
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177
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94
,80
366
,00
175
4,9
7
12
4,4
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159
7,2
04
,42
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167
9,6
04
,65
385
179
0,2
54
,54
382
,50
173
4,6
4
11
4,2
3380
160
7,4
04
,30
390
167
7,0
04
,32
400
172
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04
,31
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,00
170
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5
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164
0,1
64
,24
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178
5,0
44
,23
423
178
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94
,24
422
,00
178
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93
,80
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,93
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170
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53
,95
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03
,94
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,50
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1
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,55
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5,5
53
,58
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,60
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,32
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154
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,30
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135
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,50
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80
,00
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11
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0490
127
4,0
02
,53
484
,50
122
5,7
9
12
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26
Tabla 13: Datos estadísticos curva de 4,25V.
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc/s
)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc/s
)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc/s
)0
1,3
6E
-03
1,0
5E
-02
00
,036
82
0,1
02
55
01
,443
84
12,0
079
0
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TE
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0,0
15
27
03
5,9
434
70
,123
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05
,995
29
1,5
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0,0
13
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0,0
00
00
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00
00
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1,4
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0,0
00
00
1,4
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0,0
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0,2
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22
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054
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,132
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1,7
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3,4
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0,0
09
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22
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,097
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1,2
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1,7
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0,0
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00
00
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00
00
2,5
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1,2
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0,0
00
00
1,2
50
12
280
0,0
08
02
0,0
00
00
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42
0,0
89
57
0,0
00
00
2,5
07
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1,1
88
68
0,0
00
00
1,1
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0,0
09
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00
00
7,9
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0,0
00
00
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0,0
00
00
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0,0
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0,2
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22
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,11860
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03
1,5
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75
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250
0,0
09
09
0,2
22
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60
,095
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71
40
6,1
1233
1,2
74
54
1,4
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52
2,5
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15
240
0,0
09
27
0,2
22
22
42,5
069
60
,096
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40
6,5
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1,2
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00
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0,0
09
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,096
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0,0
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,097
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6,3
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0,0
08
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,091
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6,6
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46
06
1,2
74
07
2,4
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01
200
0,0
09
27
0,2
22
22
49,6
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60
,096
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71
40
7,0
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1,3
08
82
1,2
08
73
2,4
57
41
190
0,0
06
96
0,2
22
22
37,4
028
70
,083
40
0,4
71
40
6,1
1579
1,1
40
12
1,1
63
96
2,0
64
35
180
0,0
10
16
0,2
22
22
57,6
546
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,100
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0,4
71
40
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07
1,3
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1,0
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0,0
10
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67
106
,512
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00
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,387
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00
,094
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,374
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0,0
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,089
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,264
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120
0,0
10
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,394
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01
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1,2
47
22
15,1
1272
1,4
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59
1,9
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12
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,068
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,595
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0,0
08
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,022
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,363
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0,0
07
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,534
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,282
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0,0
10
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,850
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00
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,500
74
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,935
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,543
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,650
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,120
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20
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00
,149
00
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,000
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00
,038
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,895
27
2,0
67
08
2,9
03
44
11
0,0
10
29
44,2
222
24
80
5,3
370
90
,101
43
6,6
49
98
69,3
205
42
,395
14
1,5
75
82
3,8
78
79
10
0,0
04
42
26,0
000
02
33
8,3
950
00
,066
50
5,0
99
02
48,3
569
51
,687
81
1,1
68
16
2,8
1176
9
0,0
00
42
16,2
222
25
41
,795
09
0,0
20
55
4,0
27
68
23,2
764
90
,572
37
0,8
96
04
1,4
42
43
8
0,0
00
27
1,5
55
56
11
7,9
438
20
,016
33
1,2
47
22
10,8
601
90
,494
85
0,2
64
24
0,6
97
24
7
0,0
00
60
22,8
888
96
14
,561
09
0,0
24
49
4,7
84
23
24,7
903
40
,860
98
1,0
06
15
1,8
32
52
6
0,0
03
47
54,8
888
91
99
8,8
434
70
,058
88
7,4
08
70
44,7
084
32
,327
21
1,5
29
14
3,6
47
33
5
VA
RIA
NZ
AD
ES
VIACIÓ
N E
ST
AN
DA
RC
OE
FIC
IEN
TE
DE
VA
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%)
EL
EC
TR
OL
IZA
DO
RE
LE
CT
RO
LIZ
AD
OR
EL
EC
TR
OL
IZA
DO
R
Tabla
13:
Dato
s e
stad
ísti
cos
curva d
e 4
,25V
.
CE
LD
A D
E H
IDRÓ
GE
NO
CE
LD
A D
E H
IDRÓ
GE
NO
CE
LD
A D
E H
IDRÓ
GE
NO
27
Tabla 14: Parámetros medidos con 4,5V de entrada en el electrolizador.
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2 (c
c/s)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2 (c
c/s)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2 (c
c/s)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2 (c
c/s)
4,5
2,6
21,0
12
4,5
2,5
70,9
80
4,5
2,8
0,9
88
4,5
2,6
85
0,9
84
RO
UT
(!
)V
OU
T (V
)I O
UT
(m
A)
PO
TE
NC
IA m
(W)
VO
UT
(V
)I O
UT
(m
A)
PO
TE
NC
IA m
(W)
VO
UT
(V
)I O
UT
(m
A)
PO
TE
NC
IA m
(W)
VO
UT
(V
)I O
UT
(m
A)
PO
TE
NC
IA m
(W)
400
7,6
319
144,9
77,6
119
144,5
97,6
319
144,9
77,6
219,0
0144,7
8
350
7,5
522
166,1
07,5
922
166,9
87,6
022
167,2
07,6
022,0
0167,0
9
300
7,4
925
187,2
57,5
625
189,0
07,5
525
188,7
57,5
625,0
0188,8
8
290
7,4
826
194,4
87,5
626
196,5
67,5
627
204,1
27,5
626,5
0200,3
4
280
7,4
427
200,8
87,5
627
204,1
27,5
828
212,2
47,5
727,5
0208,1
8
270
7,4
228
207,7
67,5
528
211,4
07,6
229
220,9
87,5
928,5
0216,1
7
260
7,4
129
214,8
97,5
529
218,9
57,6
130
228,3
07,5
829,5
0223,6
1
250
7,4
130
222,3
07,5
530
226,5
07,6
131
235,9
17,5
830,5
0231,1
9
240
7,4
030
222,0
07,5
432
241,2
87,5
732
242,2
47,5
632,0
0241,7
6
230
7,4
031
229,4
07,5
333
248,4
97,6
233
251,4
67,5
833,0
0249,9
8
220
7,3
832
236,1
67,5
335
263,5
57,6
535
267,7
57,5
935,0
0265,6
5
210
7,3
434
249,5
67,5
236
270,7
27,5
637
279,7
27,5
436,5
0275,2
1
200
7,3
135
255,8
57,2
636
261,3
67,3
337
271,2
17,3
036,5
0266,2
7
190
7,2
636
261,3
67,2
438
275,1
27,3
239
285,4
87,2
838,5
0280,2
8
180
7,2
638
275,8
87,2
240
288,8
07,2
641
297,6
67,2
440,5
0293,2
2
170
7,2
441
296,8
47,1
842
301,5
67,2
343
310,8
97,2
142,5
0306,2
1
160
7,2
243
310,4
67,1
545
321,7
57,2
145
324,4
57,1
845,0
0323,1
0
150
7,1
745
322,6
57,1
248
341,7
67,2
048
345,6
07,1
648,0
0343,6
8
140
7,1
548
343,2
07,0
851
361,0
87,1
651
365,1
67,1
251,0
0363,1
2
130
7,1
051
362,1
07,0
755
388,8
57,1
155
391,0
57,0
955,0
0389,9
5
120
7,0
555
387,7
57,0
159
413,5
97,1
059
418,9
07,0
659,0
0416,2
5
110
7,0
059
413,0
06,9
165
449,1
57,0
764
452,4
86,9
964,5
0450,8
6
100
6,9
663
438,4
86,8
469
471,9
66,9
570
486,5
06,9
069,5
0479,2
0
90
6,8
476
519,8
46,7
775
507,7
56,9
177
532,0
76,8
476,0
0519,8
4
80
6,7
684
567,8
46,6
883
554,4
46,7
985
577,1
56,7
484,0
0565,7
4
70
6,6
695
632,7
06,5
894
618,5
26,7
596
648,0
06,6
795,0
0633,1
8
60
4,5
2109
492,6
86,4
4107
689,0
86,5
5109
713,9
56,5
0108,0
0701,4
6
50
6,4
3128
823,0
46,2
8126
791,2
86,4
2128
821,7
66,3
5127,0
0806,4
5
40
6,2
3155
965,6
56,0
9152
925,6
86,1
9155
959,4
56,1
4153,5
0942,4
9
30
5,8
9195
1148,5
55,8
0192
1113,6
05,8
8196
1152,4
85,8
4194,0
01132,9
6
20
5,4
8272
1490,5
65,4
0268
1447,2
05,5
3274
1515,2
25,4
7271,0
01481,0
2
15
5,1
6345
1780,2
05,3
1346
1837,2
65,4
6358
1954,6
85,3
9352,0
01895,5
2
14
5,0
5358
1807,9
05,1
7364
1881,8
85,2
8374
1974,7
25,2
3369,0
01928,0
3
13
4,8
5379
1838,1
54,9
5381
1885,9
55,1
4391
2009,7
45,0
5386,0
01947,3
7
12
4,7
2396
1869,1
24,7
7405
1931,8
54,9
3410
2021,3
04,8
5407,5
01976,3
8
11
4,4
8411
1841,2
84,5
7419
1914,8
34,7
7427
2036,7
94,6
7423,0
01975,4
1
10
4,3
6436
1900,9
64,3
9442
1940,3
84,5
4456
2070,2
44,4
7449,0
02004,7
9
94,0
4450
1818,0
04,0
0451
1804,0
04,0
8463
1889,0
44,0
4457,0
01846,2
8
83,7
8476
1799,2
83,7
3471
1756,8
33,8
2472
1803,0
43,7
8471,5
01779,9
1
73,3
2486
1613,5
23,3
5486
1628,1
03,4
6488
1688,4
83,4
1487,0
01658,2
4
62,9
9495
1480,0
52,9
6509
1506,6
43,0
1509
1532,0
92,9
9509,0
01519,3
7
52,3
6504
1189,4
42,7
3521
1422,3
32,9
0520
1508,0
02,8
2520,5
01465,2
1
12
3P
RO
ME
DIO
EL
EC
TR
OL
IZA
DO
RE
LE
CT
RO
LIZ
AD
OR
EL
EC
TR
OL
IZA
DO
RE
LE
CT
RO
LIZ
AD
OR
Tab
la 1
4:
Pará
met
ros
med
idos
con
4,5
V d
e en
trad
a e
n e
l el
ectr
oliza
dor.
28
Tabla 15: Datos estadísticos curva de 4,5V.
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc/s
)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc/s
)
VO
LT
AJE
IN (
V)
CO
RR
IEN
TE
IN (
A)
FL
UJO
H2
(cc/s
)0
1,3
2E
-02
1,5
0E
-05
00
,11500
0,0
03
88
04
,283
05
0,3
93
70
RE
SIS
TE
NC
IA
VO
UT
I OU
TP
OT
EN
CIA
VO
UT
(V
)I O
UT
PO
TE
NC
IAV
OU
TI O
UT
PO
TE
NC
IAR
OU
T (!
)
0,0
00
10
00
,036
10
0,0
10
00
00
,190
00
0,1
31
23
00
,131
23
400
0,0
00
02
0,0
00
00
0,0
12
10
0,0
05
00
0,0
00
00
0,1
1000
0,0
65
83
0,0
00
00
0,0
65
83
350
0,0
00
02
0,0
00
00
0,0
15
63
0,0
05
00
0,0
00
00
0,1
25
00
0,0
66
18
0,0
00
00
0,0
66
18
300
0,0
00
00
0,2
50
00
14,2
884
00
,000
00
0,5
00
00
3,7
80
00
0,0
00
00
1,8
86
79
1,8
86
79
290
0,0
00
10
0,2
50
00
16,4
836
00
,010
00
0,5
00
00
4,0
60
00
0,1
32
10
1,8
18
18
1,9
50
28
280
0,0
01
23
0,2
50
00
22,9
441
00
,035
00
0,5
00
00
4,7
90
00
0,4
61
44
1,7
54
39
2,2
15
82
270
0,0
00
90
0,2
50
00
21,8
556
30
,030
00
0,5
00
00
4,6
75
00
0,3
95
78
1,6
94
92
2,0
90
69
260
0,0
00
90
0,2
50
00
22,1
370
30
,030
00
0,5
00
00
4,7
05
00
0,3
95
78
1,6
39
34
2,0
35
12
250
0,0
00
23
0,0
00
00
0,2
30
40
0,0
15
00
0,0
00
00
0,4
80
00
0,1
98
54
0,0
00
00
0,1
98
54
240
0,0
02
02
0,0
00
00
2,2
05
23
0,0
45
00
0,0
00
00
1,4
85
00
0,5
94
06
0,0
00
00
0,5
94
06
230
0,0
03
60
0,0
00
00
4,4
10
00
0,0
60
00
0,0
00
00
2,1
00
00
0,7
90
51
0,0
00
00
0,7
90
51
220
0,0
00
40
0,2
50
00
20,2
500
00
,020
00
0,5
00
00
4,5
00
00
0,2
65
25
1,3
69
86
1,6
35
12
210
0,0
01
23
0,2
50
00
24,2
556
20
,035
00
0,5
00
00
4,9
25
00
0,4
79
78
1,3
69
86
1,8
49
64
200
0,0
01
60
0,2
50
00
26,8
324
00
,040
00
0,5
00
00
5,1
80
00
0,5
49
45
1,2
98
70
1,8
48
15
190
0,0
00
40
0,2
50
00
19,6
249
00
,020
00
0,5
00
00
4,4
30
00
0,2
76
24
1,2
34
57
1,5
10
81
180
0,0
00
63
0,2
50
00
21,7
622
30
,025
00
0,5
00
00
4,6
65
00
0,3
46
98
1,1
76
47
1,5
23
45
170
0,0
00
90
0,0
00
00
1,8
22
50
0,0
30
00
0,0
00
00
1,3
50
00
0,4
17
83
0,0
00
00
0,4
17
83
160
0,0
01
60
0,0
00
00
3,6
86
40
0,0
40
00
0,0
00
00
1,9
20
00
0,5
58
66
0,0
00
00
0,5
58
66
150
0,0
01
60
0,0
00
00
4,1
61
60
0,0
40
00
0,0
00
00
2,0
40
00
0,5
61
80
0,0
00
00
0,5
61
80
140
0,0
00
40
0,0
00
00
1,2
10
00
0,0
20
00
0,0
00
00
1,1
00
00
0,2
82
09
0,0
00
00
0,2
82
09
130
0,0
02
02
0,0
00
00
7,0
49
03
0,0
45
00
0,0
00
00
2,6
55
00
0,6
37
85
0,0
00
00
0,6
37
85
120
0,0
06
40
0,2
50
00
2,7
72
22
0,0
80
00
0,5
00
00
1,6
65
00
1,1
44
49
0,7
75
19
0,3
69
30
110
0,0
03
03
0,2
50
00
52,8
529
00
,055
00
0,5
00
00
7,2
70
00
0,7
97
68
0,7
19
42
1,5
17
10
100
0,0
04
90
1,0
00
00
147
,865
60
0,0
70
00
1,0
00
00
12,1
600
01
,023
39
1,3
15
79
2,3
39
18
90
0,0
03
03
1,0
00
00
128
,936
03
0,0
55
00
1,0
00
00
11
,355
00
0,8
16
63
1,1
90
48
2,0
07
11
80
0,0
07
22
1,0
00
00
217
,267
60
0,0
85
00
1,0
00
00
14,7
400
01
,275
32
1,0
52
63
2,3
27
95
70
0,0
03
02
1,0
00
00
154
,629
22
0,0
55
00
1,0
00
00
12,4
350
00
,846
81
0,9
25
93
1,7
72
73
60
0,0
04
90
1,0
00
00
232
,257
60
0,0
70
00
1,0
00
00
15,2
400
01
,102
36
0,7
87
40
1,8
89
76
50
0,0
02
50
2,2
50
00
285
,103
23
0,0
50
00
1,5
00
00
16,8
850
00
,814
33
0,9
77
20
1,7
91
53
40
0,0
01
60
4,0
00
00
377
,913
60
0,0
40
00
2,0
00
00
19,4
400
00
,684
93
1,0
30
93
1,7
15
86
30
0,0
04
22
9,0
00
00
11
56
,680
10
0,0
65
00
3,0
00
00
34,0
100
01
,189
39
1,1
07
01
2,2
96
40
20
0,0
05
63
36,0
000
03
44
6,8
641
00
,075
00
6,0
00
00
58,7
100
01
,392
76
1,7
04
55
3,0
97
30
15
0,0
03
03
25,0
000
02
15
4,8
164
00
,055
00
5,0
00
00
46,4
200
01
,052
63
1,3
55
01
2,4
07
65
14
0,0
09
02
25,0
000
03
83
0,9
910
20
,095
00
5,0
00
00
61,8
950
01
,883
05
1,2
95
34
3,1
78
39
13
0,0
06
40
6,2
50
00
200
0,3
256
30
,080
00
2,5
00
00
44,7
250
01
,649
48
0,6
13
50
2,2
62
98
12
0,0
10
00
16,0
000
03
71
8,5
604
00
,100
00
4,0
00
00
60,9
800
02
,141
33
0,9
45
63
3,0
86
95
11
0,0
05
63
49,0
000
04
21
5,9
049
00
,075
00
7,0
00
00
64,9
300
01
,679
73
1,5
59
02
3,2
38
75
10
0,0
01
60
36,0
000
01
80
7,9
504
00
,040
00
6,0
00
00
42,5
200
00
,990
10
1,3
12
91
2,3
03
01
9
0,0
02
02
0,2
50
00
533
,841
03
0,0
45
00
0,5
00
00
23,1
050
01
,192
05
0,1
06
04
1,2
98
10
8
0,0
03
02
1,0
00
00
911
,436
10
0,0
55
00
1,0
00
00
30,1
900
01
,615
27
0,2
05
34
1,8
20
61
7
0,0
00
62
0,0
00
00
161
,925
63
0,0
25
00
0,0
00
00
12,7
250
00
,837
52
0,0
00
00
0,8
37
52
6
0,0
07
22
0,2
50
00
183
4,8
372
30
,085
00
0,5
00
00
42,8
350
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,019
54
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NO
29
De la Tabla 4 a la Tabla 15 se muestran los resultados de las mediciones hechas en laboratorio, los datos
registrados muestran lo siguiente:
3,25V en el electrolizador.
En la Tabla 4 se encuentran las 3 mediciones de voltaje, corriente y potencia realizadas para la primera
curva característica, al igual que el promedio de los valores medidos. En esta medición se colocaron 3,25V
y 0,52A en la entrada del electrolizador, lo que producía un flujo hidrógeno de 0,171cc/s en la entrada del
arreglo de celdas. Como se puede observar los cambios en la carga se tomaron de 250Ω a 10Ω con pasos
de 10Ω, en el rango de 65Ω a 55Ω se realizaron pasos de 1Ω debido a que en estos valores se encontraba el
valor de máxima potencia.
El voltaje que entrega la celda en esta curva se encuentra entre 7,03V a 1,32V valores promedio y se
puede observar que a medida que disminuye el valor de la resistencia en la carga el voltaje también
disminuye. La corriente suministrada por la celda va desde 29mA a 132,33mA en promedio aumentando
conforme disminuye el valor de resistencia. La mínima potencia entregada por la celda es de 175,12mW y
la máxima potencia es de 564,48mW. El punto de máxima potencia se encuentra en 59Ω, con un voltaje de
5,76V y una corriente de 98mA.
La Tabla 5 muestra los datos estadísticos de las medidas realizadas en la curva de 3,52V. Al analizar el
voltaje se puede observar que estas medidas son homogéneas ya que la variabilidad entre los datos
medidos es mínima, esto se puede afirmar debido a los valores de los datos estadísticos. En primer lugar la
varianza entre las mediciones es mínima, la menor varianza es de 0,00002V2 y la mayor es de 0,01076V
2,
por otro lado la desviación estándar también muestra que todos los datos obtenidos se encuentran muy
cerca del valor promedio ya que la menor desviación es de 0,00471V y la mayor es de 0,10371V. Por
último, el coeficiente de variación se encuentra en un rango de 0,13862% a 2,29540%, esto significa que
el valor de voltaje que más se aleja del promedio se encuentra un 2,29540% por encima o por debajo del
valor medio.
En la corriente se percibe que las medidas conseguidas en laboratorio son uniformes debido a que no
existe gran variabilidad entre ellas. Analizando la varianza se encuentra que la menor es de 0mA2 y la
mayor es de 6,22mA2, por su parte la desviación estándar refleja que los datos obtenidos no se alejan
mucho del promedio ya que la menor desviación es de 0mA y la mayor es de 2,494mA. Finalmente, el
coeficiente de variación se encuentra dentro del 0% a 2,38322%, es decir que el valor de corriente más
lejano del promedio difiere un 2,38322% valor medio.
Al analizar la potencia se ve que estas medias varían más que el voltaje y la corriente, sin embargo
teniendo en cuenta las unidades y las magnitudes de los resultados se puede afirmar que se presenta poca
variabilidad. La varianza menor es de 0,6016mW2 y la mayor es de 417,217mW
2, en segundo lugar la
desviación estándar muestra que el valor más lejano del promedio difiere en 20,4259mW del promedio ya
que la menor desviación es de 0,7757mW y la mayor es de 20,4259mW. El coeficiente de variación se
encuentra dentro del 0,1386% a 4,6961%, lo cual confirma que los datos son homogéneos.
3,5V en el electrolizador.
La Tabla 6 corresponde a la curva de 3,5V en la entrada del electrolizador con 0,93A en la entrada del
electrolizador y un flujo de hidrógeno de 0,357cc/s en la entrada del arreglo de celdas. La carga se
modificó de 300Ω a 10Ω con pasos de 10Ω, en el rango de 35Ω a 25Ω se realizaron pasos de 1Ω debido a
que en estos valores se encontraba el valor de máxima potencia.
El voltaje entregado por la celda varía desde 7,20V a 2,10V en promedio, la corriente la salida de la celda
se encuentra entre 25mA y 207,67mA promedio. La mínima potencia entregada por la celda es de
179,92mW y la máxima potencia es de 924,54mW. El punto de máxima potencia se encuentra en 31Ω,
con un voltaje de 5,33V y una corriente de 173,33mA.
En la Tabla 7 se muestran los datos estadísticos de las medidas de esta curva. En primer lugar, se puede
afirmar que el voltaje tiene medidas completamente homogéneas ya que la variabilidad entre los datos
medidos es prácticamente imperceptible, esto se refleja en los valores de los datos estadísticos. Tanto la
30
varianza como la desviación estándar son muy pequeñas, la menor varianza es de 0V2 y la mayor es de
0,006V2 y la menor desviación estándar es de 0 V y la mayor es de 0,776V, lo que muestra que todos los
resultados de las mediciones están muy cerca del promedio. Por último, el coeficiente de variación
confirma lo la homogeneidad de los datos, ya que se encuentra en un rango de 0% a 1,5%.
Por otro lado la corriente tiene medidas equilibradas pues existe poca variabilidad entre ellas. La varianza
se encuentra entre 0mA2 y 6,22mA
2 y la desviación estándar se encuentra entre 0mA y 2,494mA, valores
iguales a la curva anterior y que significan que los datos son muy cercanos al valor medio. El coeficiente
de variación se encuentra dentro del 0% a 1,79% lo cual refleja la homogeneidad de los datos.
La potencia, al igual que la curva anterior, varía más que el voltaje y la corriente, sin embargo los datos
presentan poca variabilidad. La menor varianza es de 0mW2 y la mayor es de 633,6mW
2 y la desviación
estándar está en el rango de 0mW a 25,17mW. El coeficiente de variación varía de 0% a 2,88%, por todo
lo anterior se ve que los datos son homogéneos.
3,75V en el electrolizador.
La Tabla 8 muestra los datos de la curva de 3,75V en la entrada del electrolizador con 1,18A en la entrada
del electrolizador y un flujo de hidrógeno de 0,446cc/s en la entrada del arreglo de celdas. La carga se
modificó de 300Ω a 10Ω con pasos de 10Ω, en el rango de 20Ω a 10Ω se realizaron pasos de 1Ω para hallar
el punto de máxima potencia.
El voltaje entregado por la celda se encuentra entre 7,21V y 2,95V y la corriente entre 26mA y 350,33mA
valores promedio. La mínima potencia entregada por la celda es de 187,55mW y la máxima potencia es de
1512,03mW. El punto de máxima potencia se encuentra en 14Ω, con un voltaje de 4,58V y una corriente
de 330,33mA.
La Tabla 9 contiene los datos estadísticos de la curva de 3,75V. En cuanto al voltaje observa que la
variabilidad es muy pequeña lo cual se evidencia en los valores descritos a continuación. La menor
varianza es de 0,0005V2 y la mayor es de 0,0048V
2, por su parte la desviación estándar varia de 0,0236V a
0,0694V, esto indica que los valores son muy cercanos al promedio. Por último, el coeficiente de
variación confirma la poca variabilidad debido a que se encuentra en un rango de 0,534% a 2,093%.
La corriente muestra una variabilidad mínima, ya que la varianza se encuentra entre 0mA2 y 20,22mA
2 y
la desviación estándar se encuentra entre 0mA y 4,497mA, debido a la magnitud de los valores medidos,
se puede afirmar que los datos son muy cercanos al valor medio, esto se refleja en el coeficiente de
variación que se encuentra dentro del 0% a 2,094%.
La potencia muestra un valor de varianza elevado ya que se encuentra entre 2,6288mW2 y 1248,77mW
2,
pero al ver los valores de la desviación estándar que están en un rango de 1,6213mW a 35,3380mW y
compararlos con la magnitud de los valores registrados se puede notar que estos últimos no se alejan de
manera significativa del promedio. El coeficiente de variación confirma lo anteriormente dicho, ya que
varía de 0,705% a 2,62%.
4V en el electrolizador.
La Tabla 10 contiene los datos de la curva de 4V en la entrada del electrolizador con 1,41A en la entrada
del electrolizador y un flujo de hidrógeno de 0,467cc/s en la entrada del arreglo de celdas. La carga se
modificó de 300Ω a 8Ω con pasos de 10Ω, en el rango de 20Ω a 8Ω se realizaron pasos de 1Ω para hallar el
punto de máxima potencia.
El máximo valor de voltaje entregado por la celda s de 7,40V y el mínimo es de 3,20V, la corriente tiene
su máximo valor en 25mA y su mínimo en 395,33mA valores promedio. La mínima potencia entregada
por la celda es de 184,92mW y la máxima potencia es de 1595,38mW. El punto de máxima potencia se
encuentra en 13Ω, con un voltaje de 4,54V y una corriente de 351,33mA.
La Tabla 11 contiene los datos estadísticos de la curva de 4V. Al observar el voltaje se puede ver que la
variabilidad entre los datos es mínima, como se refleja en la varianza, que varía de 0V2 a 0,0131V
2 y en la
31
desviación estándar que varía de 0,008V a 0,114V. Además el coeficiente de varianza se encuentra en un
rango de 0,24% a 2,38%, lo cual muestra la cercanía de los datos al valor medio.
En cuanto a la corriente, los datos son poco homogéneos, esto se debe a que los valores registrados
presentan una variabilidad considerable. La varianza mínima es de 0mA2 y la máxima de 186mA
2, la
desviación estándar se encuentra entre 0mA y 13,638mA, lo que indica que los datos que más se alejan del
promedio están 13,638mA por encima o por debajo del valor medio. Sin embargo al analizar el coeficiente
de variación se puede afirmar que los datos no son inconsistentes pues en porcentaje la variación es de un
0% a un 4,94%.
La potencia muestra también una variabilidad considerable, pues el valor de varianza se encuentra entre
4,089mW2 y 6247,03mW
2 y la desviación estándar está en un rango de 2,022mW a 79,038mW. Al
analizar el coeficiente de variación, se observa que a pesar de los valores elevados de varianza y
desviación estándar, los datos están dentro de un rango de homogeneidad tolerable pues varía de 0,63% a
5,47%.
4,25V en el electrolizador.
La Tabla 12 contiene los datos de la curva de 4,25V en la entrada del electrolizador con 2,55A en la
entrada del electrolizador y un flujo de hidrógeno de 0,854cc/s en la entrada del arreglo de celdas. La
carga se modificó de 400Ω a 5Ω con pasos de 10Ω, en el rango de 15Ω a 5Ω se realizaron pasos de 1Ω para
hallar el punto de máxima potencia.
El máximo valor de voltaje entregado por la celda s de 7,82V y el mínimo es de 2,53V, la corriente tiene
su máximo valor en 20mA y su mínimo en 484,5mA valores promedio. La mínima potencia entregada por
la celda es de 156,3mW y la máxima potencia es de 1787,17mW. El punto de máxima potencia se
encuentra en 10Ω, con un voltaje de 4,24V y una corriente de 422mA.
La Tabla 13 muestra los datos estadísticos de las medidas realizadas en la curva de 4,25V. Al analizar el
voltaje se puede observar que estas medidas son homogéneas ya que la variabilidad entre los datos
medidos es mínima, como se evidencia en la varianza, que se encuentra entre 0V2 y 0,047V
2, y la
desviación que varía de 0,016V y 0,218V. Por último, el coeficiente de variación se encuentra en un rango
de 0,49% a 4,26%, esto significa que el valor de voltaje que más se aleja del promedio se encuentra un
4,26% por encima o por debajo del valor medio.
Las medidas de la corriente presentan una variabilidad considerable entre ellas. La varianza se encuentra
entre 0mA2 y 192,8mA
2, por su parte la desviación estándar varía de 0mA y a 13,89mA. Sin embargo al
analizar el coeficiente de variación, que se encuentra dentro del 0% al 4,06%, se puede afirmar que los
datos tienen una homogeneidad aceptable.
En cuanto a la potencia se ve que las medias varían de forma importante, la varianza menor es de
6,289mW2 y la mayor es de 19456,59mW
2, en segundo lugar la desviación estándar muestra que el valor
más lejano del promedio difiere en 139,48688mW del promedio ya que la menor desviación es de
2,507mW y la mayor es de 139,48688mW, pero al observar el coeficiente de variación se puede afirmar
que los datos están dentro de un rango de variabilidad admisible, del 0,697% a 7,966%.
4,5V en el electrolizador.
La Tabla 14 contiene los datos de la curva de 4,5V en la entrada del electrolizador con 2,685A en la
entrada del electrolizador y un flujo de hidrógeno de 0,984cc/s en la entrada del arreglo de celdas. La
carga se modificó de 400Ω a 5Ω con pasos de 10Ω, en el rango de 15Ω a 5Ω se realizaron pasos de 1Ω para
hallar el punto de máxima potencia.
El máximo valor de voltaje entregado por la celda s de 7,62V y el mínimo es de 2,82V, la corriente tiene
su máximo valor en 19mA y su mínimo en 520mA valores promedio. La mínima potencia entregada por
la celda es de 144,78mW y la máxima potencia es de 2004,79mW. El punto de máxima potencia se
encuentra en 10Ω, con un voltaje de 4,47V y una corriente de 449mA.
32
La Tabla 15 muestra los datos estadísticos de las medidas realizadas en la curva de 4,5V. El voltaje
muestra una gran homogeneidad, ya que la variabilidad entre los datos medidos es mínima, como se
refleja en la varianza, que se encuentra entre 0V2 y 0,01V
2, y la desviación que varía de 0V y 0,1V. Por
último, el coeficiente de variación que se encuentra en un rango de 0% a 3,019% confirma lo dicho
anteriormente.
Las medidas de la corriente presentan una variabilidad mínima entre ellas. La varianza se encuentra entre
0mA2 y 49mA
2 y la desviación estándar varía de 0mA y a 7mA, lo que muestra que los datos son cercanos
al valor medio. Al analizar el coeficiente de variación, que se encuentra dentro del 0% al 1,89%, se puede
afirmar que los datos tienen una alta homogeneidad.
En lo que corresponde a la potencia se evidencia que las medias varían de forma significativa, la menor
varianza es de 0,012mW2 y la mayor es de 4215,90mW
2, y en segundo lugar la desviación varia de
0,11mW y la mayor es de 493mW, pero al observar el coeficiente de variación se puede afirmar que los
datos están dentro de un rango de variabilidad tolerable, del 0,065% a 3,24%.
Al analizar las tablas de datos, se puede afirmar que los valores registrados en laboratorio son confiables,
pues los datos estadísticos permiten ver que los rangos de variación en todos los casos son bajos como se
explicó anteriormente.
4.2.2. Caracterización dinámica de las celdas tipo PEM.
Para la caracterización dinámica de la celda de hidrógeno se llevaron a cabo dos tipos de mediciones en la
salida del sistema (sobre la carga), una con cambios abruptos en la carga y otra con cambios abruptos en el
voltaje de entrada. Para lograr cambios rápidos, se colocó un interruptor de 3 posiciones y se operó de
forma manual, los resultados se muestran en la sección de análisis de resultados (gráficas 11 a 36).
Los pasos en el voltaje se realizaron cambiando de manera inmediata el voltaje en el electrolizador de
3,25V A 4,75V, cuando el sistema se estabilizaba se hacía un cambio inmediato de 4,75V A 3,25V. Las
mediciones se tomaron sobre la carga con diferentes valores de resistencia a la salida, de 10Ω a 30Ω con
pasos de 5Ω.
Los pasos en la carga se realizaron cambiando de manera inmediata el valor de la resistencia de salida de
310Ω a 10Ω, cuando el sistema se estabilizaba se hacía un cambio inmediato de 10Ω a 310Ω y se hacían
las mediciones con diferentes valores de voltaje en el electrolizador, desde 3,25V hasta 4,5V con pasos de
0.25V.
4.3. Diseño del convertidor Ćuk
Una vez caracterizado el sistema compuesto por el electrolizador y las celdas tipo PEM, se diseñó un
convertidor Ćuk para poder alimentar los dos LEDs que constituyen la carga. Se eligió este tipo de
convertidor debido a que cumple con la función de elevador reductor, que para este caso es necesario
debido a que se requiere mantener la máxima potencia en la carga independiente de los cambios de voltaje
en la entrada del electrolizador y en la salida de las celdas.
4.3.1. Cálculos convertidor Ćuk
Para el diseño del convertidor se establecieron los siguientes rangos de voltaje en la entrada y en la salida
deseados, basados en los resultados obtenidos anteriormente de la caracterización estática de las celdas
tipo PEM:
4𝑉 ≤ 𝑉𝐼𝑁 ≤ 6𝑉 (3.1)
4𝑉 ≤ 𝑉0 ≤ 7𝑉 (3.2)
33
Los valores de 𝑉𝐼𝑁 se escogieron debido a que en ese rango de voltajes es donde la celda de hidrógeno
entrega la mayor potencia, como se puede observar en la en las tablas de datos 4 a 15.
Los valores de 𝑉0 se escogieron teniendo en cuenta el punto de operación en el cual trabajaran los LEDs
que son la carga del circuito. Analizando la curva característica de voltaje contra corriente de un LED, se
observa que con un voltaje de 3,5V se tiene una corriente de 300mA, lo que da una potencia de 1050mW.
La implementación de este convertidor se hizo sobre dos LEDs, conectados en serie, por lo que el voltaje
sobre los diodos es de 7V con una corriente total de 300mA, lo que significa una potencia de 2100mW,
esto determina el máximo voltaje V0.
Para establecer el valor de V0 mínimo, se estableció que se trabajaría con un voltaje mínimo de 2V por
cada LED, es decir 4V en total sobre la carga. Según las hojas de especificaciones, con 2V se tiene una
corriente de 100mA, es decir una potencia de 200mW por LED.
Gráfica 3: Curva característica LEDs 1W. Tomado de [20]
Con los valores de VIN y V0 valores establecidos se encontró el ciclo útil en el cual trabajará el convertidor
utilizando la ecuación 1.23 de la sección 2 y que reescribimos aquí.
𝐷 =𝑉0
𝑉𝐼𝑁 + 𝑉0 (3.3)
𝐷𝑚í𝑛 =4𝑉
6𝑉 + 4𝑉= 0,40 → 40% (3.4)
𝐷𝑚á𝑥 =7𝑉
4𝑉 + 7𝑉= 0,63 → 63% (3.5)
Una vez determinado en rango de ciclo útil se fijaron los valores del rizado de corriente y de frecuencia
basados en la hoja de especificaciones de los LEDs (Ver anexo 2).
𝐷 = 0,5 (3.6)
𝑓 = 50𝐾𝐻𝑧 (3.7)
∆𝐼𝐿1 = ∆𝐼𝐿2 = 15𝑚𝐴 (3.8)
34
Con estos valores y según las formas de onda de las relaciones entre voltaje y corriente grafica 1 y 2 de la
sección 2, se diseñó el convertidor como se muestra a continuación.
Para 𝐿1𝑚í𝑛:
∆𝐼𝐿1 =𝑉1
𝐿1∗ 𝐷𝑇 (3.9)
15𝑚𝐴 =6𝑉
𝐿1∗ (0,5 × 20𝜇𝑠) (3.10)
𝐿1 = 4,3𝑚𝐻 (3.11)
Para 𝐿2𝑚í𝑛:
∆𝐼𝐿2 =𝑉2
𝐿2∗ 𝐷𝑇 (3.12)
15𝑚𝐴 =7𝑉
𝐿2∗ (0,5 × 20𝜇𝑠) (3.13)
𝐿2 = 4,6𝑚𝐻 (3.14)
Para calcular 𝐶2 se estableció un rizado menor al 1%.
𝐶2 ≥1 − 𝐷
(∆𝑉0/𝑉0)8 ∙ 𝐼2 ∙ 𝑓2 (3.15)
𝐶2 ≥1 − 0,5
(0,01)(8)(500𝜇𝐻)(50𝐾𝐻𝑧)2 (3.16)
𝐶2 = 5𝜇𝐹 (3.17)
Para calcular 𝐶1 la tensión media es 𝑉𝐼𝑁 + 𝑉0 ya que la tensión media en una inductancia debe ser cero, si
se supone una variación del 5% en el rizado de 𝑉𝐶1 entonces:
𝑉𝐼𝑁 − 𝑉0 = 6 − 4 = 2 → 2 × 0,05 = 0,1 (3.18)
𝐶1 ≥𝐼0
∆𝑉𝐶1 ∙ 𝑓 (3.19)
𝐶1 ≥(80𝑚𝐴)(0,5)
(0,1)(50𝐾𝐻𝑧) (3.20)
𝐶1 ≥ 8𝜇𝐹 (3.21)
35
4.3.2. Elaboración de las inductancias
Para la elaboración de las inductancias se utilizó un núcleo de ferrita en forma de E construido con
material 77 ya que estos son ideales para aplicaciones de baja potencia, de hasta 200 vatios.
La ferrita se escogió dependiendo del factor de energía cuya ecuación es la siguiente:
𝐸 =1
2𝐿 ∗ 𝐼𝑚𝑎𝑥
2 (3.22)
Donde la corriente máxima y el valor de la inductancia son:
𝐼𝑚𝑎𝑥 = 𝐼0 +∆𝐼𝐿
2 (3.23)
𝐿1 ≅ 𝐿2 ≅ 4𝑚𝐻 (3.24)
Donde 3.24 es una aproximación de los cálculos en 3.11 y 3.14
Entonces, utilizando las ecuaciones 3.9, 3.12 y 3.22
Para L1 :
𝐸 =1
2𝐿1 ∗ 𝐼𝑚𝑎𝑥
2 (3.25)
∆𝐼𝐿1 =𝑉𝑖 ∗ 𝐷 ∗ 𝑇
𝐿1 (3.26)
∆𝐼𝐿1 =6 ∗ 0,5 ∗ 20𝜇𝑠
4𝑚𝐻= 15𝑚𝐴 (3.27)
𝐸1 =(450𝑚𝐴 + 7,5𝑚𝐴)2 ∗ 4𝑚𝐻
2= 418,6𝜇𝑊𝑠 (3.28)
Para L2:
𝐸 =1
2𝐿2 ∗ 𝐼𝑚𝑎𝑥
2 (3.25)
∆𝐼𝐿2 =𝑉𝑖 ∗ 𝐷 ∗ 𝑇
𝐿2 (3.26)
∆𝐼𝐿2 =6 ∗ 0,5 ∗ 20𝜇𝑠
4𝑚𝐻= 15𝑚𝐴 (3.27)
𝐸2 =(450𝑚𝐴 + 7,5𝑚𝐴)2 ∗ 4𝑚𝐻
2= 418,6𝜇𝑊𝑠 (3.28)
36
Luego de obtener las energias para cada inductor, calcuamos ahora el área producto Ap.
𝐴𝑝 = (2𝐸 × 104
𝐵𝑚 ∗ 𝐾𝑣 ∗ 𝐾𝑗)
1,14
(3.29)
Donde Bm es la densidad de flujo máximo, Kv es el factor de utilización de ventana y Kj es un coeficiente
de densidad de corriente, para nuestro caso Bm=0,46, Kv=0,4 y Kj=366 según la hoja de especificaciones
(ver anexo 7), y utilizando aproximaciones para este tipo de ferritas encontradas en [28], entonces:
𝐴𝑝 = 2 (418,6𝜇𝑊𝑠 × 104
0,46 ∗ 0,4 ∗ 366)
1,14
(3.30)
𝐴𝑝 = 0,09𝑐𝑚4 (3.31)
Debido a que el Ap de todas las ferritas de material 77 de Amidon es mayor a la calculada es posible
escoger cualquier referencia ya que todas funcionan correctamente para este trabajo de grado, así que se
eligió la que se encontraba disponible en el laboratorio de electrónica de la Pontificia Universidad
Javeriana. La referencia de la ferrita usada es EA-77-250 de Amidon, cuyas dimensiones se encuentran en
la Figura 17 y la Tabla 16.
Figura 17: Descripción física ferrita EA-77-250. Tomado de [22]
37
Tabla 16: Dimensiones y propiedades ferritas Amidon tipo E. Tomado de [22]
Teniendo el área efectiva del núcleo, podemos saber el número de vueltas necesario para obtener nuestros
valores de inductancia utilizando la siguiente ecuación:
𝑁 = 1000√𝐿 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑎𝑑𝑜
𝐴𝐿 (3.32)
𝑁 = 1000√4𝑚𝐻
16600 (3.33)
𝑁 = 49,088 ≅ 49 (3.34)
38
4.3.3. Circuito impreso
Una vez probado el circuito en laboratorio, se realizó el circuito impreso para el montaje final utilizando el
software libre Eagle. Este circuito impreso está compuesto por dos partes, la primera donde se encuentra
la etapa de potencia, convertidor Ćuk, y la segunda correspondiente al control del convertidor, donde se
encuentra el PWM y el driver del Mosfet.
4.3.3.1. Esquemático etapa de potencia
En la
Figura 18 se muestra el esquemático de la etapa de potencia que corresponde al circuito del convertidor
Ćuk. VIN es la entrada de voltaje, a la cual ingresa el voltaje de salida de la celda tipo PEM que varía entre
4V y 6V. Los pines PWM son la entrada de la señal de control encargada de hacer que el Mosfet conmute.
Se trata de una señal de pulsos con una amplitud de 9V. V0 es la salida del convertidor a la carga, entre 4V
y 7V.
El Mosfet utilizado es un NTE2904, esta referencia fue elegida por sus características eléctricas ya que se
ajustan a este diseño. Como se puede ver en la hoja de especificaciones este Mosfet es capaz de soportar la
corriente máxima en los dos inductores L1y L2, además el voltaje VDS es superior al voltaje instantáneo
máximo del capacitor C1, aproximadamente 13V, por último el voltaje de encendido es menor que el
voltaje de entrada al convertidor asegurando la activación del Mosfet, VGS < 6V. (Ver anexo 3)
En cuanto al Diodo se utilizó un NTE586, se trata de un diodo Schottky que se caracteriza por una rápida
conmutación y una resistencia muy baja durante la conducción, por lo que la caída de voltaje es muy
pequeña dando así una disipación de potencia mínima. Durante el periodo de carga de L1, el diodo se
encuentra expuesto al voltaje de VC1 = VIN + V0 por esta razón el voltaje de ruptura inversa del diodo debe
ser mayor al voltaje del condensador, es decir mayor a 13V. Por ultimo al igual que el Mosfet, el diodo
tiene que soportar las corrientes máximas que aportan los inductores L1 y L2. (Ver anexo 4)
Figura 18: Esquemático etapa de potencia.
4.3.3.2. Esquemático etapa de control
En la
39
Figura 19 se presenta el esquemático de la etapa de control, circuito encargado de generar una señal de
PWM que posteriormente se conecta en el gate del Mosfet del convertidor para que este conmute.
Los pines X1-2 y X2-2 corresponden a la tierra del circuito, X2-1 a la polarización de los integrados
SG3524 e IR2110 por medio de una batería de 9V y X1-1 a la salida del circuito, una señal de pulsos con
amplitud de 9V.
El integrado SG3524 fue diseñado para trabajar en convertidores DC-DC, incluye un regulador, un
amplificador de error, un oscilador programable, un flip-flop, un comparador de alta ganancia, un
limitador de corriente y un circuito de parada, este integrado tiene como objetivo generar un tren de
pulsos. El integrado IR2110 es un driver para Mosfet e IGBT que garantiza que el mosfet se encienda,
con canales de salida independientes para alto y bajo. (Ver anexo 5 y 6)
Esta etapa de control está diseñada para poder modificar el ciclo útil de la señal de PWM manualmente
por medio de un potenciómetro de 10k, con el fin de encontrar el punto de potencia máximo.
Figura 19: Esquemático etapa de control.
4.3.3.3. Esquemático convertidor Ćuk con el control
Por último se presenta el esquemático de todo el circuito donde la tierra es común para ambas etapas.
40
Figura 20: Esquemático convertidor Ćuk y control.
En Figura 21 donde se aprecia la ubicación final de los componentes y sus interconexiones.
Figura 21: Layout circuito impreso.
4.3.4. Implementación del convertidor.
Una vez caracterizado el sistema de las celdas de hidrógeno y diseñado el convertidor Ćuk, se procedió a
implementar el convertidor en la alimentación de los LEDs utilizando la celda de combustible como
fuente de energía. Para conocer el funcionamiento del sistema se realizaron medidas sobre 6 voltajes
diferentes en la entrada del electrolizador (de 3,25V a 4,5V con pasos de 0,25V), se tomaron datos de
voltaje, corriente y potencia con variaciones en el ciclo útil, las medidas se hicieron en la entrada del
convertidor (salida de las celdas tipo PEM) y en los LEDs (carga del sistema). Cada medición se realizó 3
veces, luego se promediaron para tener un valor medio de los registros y poder analizar de manera más
acertada el comportamiento del sistema. De la Tabla 17 a la Tabla 22 se muestran los datos de las
mediciones realizadas.
41
Tabla 17: Implementación del convertidor Ćuk con 3,25V en el electrolizador.
Cic
lo ú
til
Vol
taje
(V)
Cor
rien
te
(mA
)P
oten
cia
(mW
)V
olta
je (V
)C
orri
ente
(m
A)
Pot
enci
a (m
W)
Efi
cien
cia
Cic
lo ú
til
Vol
taje
(V)
Cor
rien
te
(mA
)P
oten
cia
(mW
)V
olta
je (V
)C
orri
ente
(m
A)
Pot
enci
a (m
W)
Efi
cien
cia
0,35
8,15
87,
7463
,84
5,13
98,
8446
,07
72,1
6%0,
357,
984
7,69
72,8
35,
188,
5952
,32
71,8
4%
0,4
7,66
614
,47
111,
895,
249
17,1
990
,99
81,3
2%0,
47,
593
14,7
212
3,61
5,28
617
,34
99,7
880
,72%
0,45
7,02
739
,51
283,
765,
5144
,63
250,
9588
,44%
0,45
7,02
40,6
529
6,85
5,50
245
,58
260,
7287
,83%
0,48
56,
655
6242
6,73
5,58
566
,31
378,
8888
,79%
0,48
56,
391
67,7
944
5,48
5,57
763
,97
367,
5582
,51%
0,5
5,81
148
,33
293,
145,
429
38,3
821
8,33
74,4
8%0,
55,
713
40,7
924
1,97
5,43
238
,18
216,
1989
,35%
0,55
4,87
772
,98
364,
825,
5459
,41
337,
4792
,50%
0,55
4,88
180
,36
396,
965,
544
57,2
432
1,57
81,0
1%
0,6
3,92
774
,99
302,
715,
475
49,3
627
7,51
91,6
8%0,
63,
926
74,8
329
7,94
5,51
48,8
273,
1491
,68%
0,65
3,20
386
,05
283,
965,
4745
,75
257,
290
,58%
0,65
3,19
285
,38
277,
045,
499
44,0
824
6,38
88,9
3%
0,7
2,49
584
,24
217,
945,
144
36,9
206,
4294
,71%
0,7
2,50
483
,17
212
5,43
335
,44
196,
1892
,54%
Cic
lo ú
til
Vol
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(V)
Cor
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olta
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ente
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)
Pot
enci
a
(mW
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fici
enci
a
0,35
8,09
78,
269
,49
5,19
29,
7152
,43
75,4
5%0,
358,
080
7,87
768
,720
5,17
09,
047
50,2
7373
,151
%
0,4
7,66
14,8
311
7,47
5,28
317
,75
96,1
881
,88%
0,4
7,64
014
,673
117,
657
5,27
317
,427
95,6
5081
,306
%
0,45
7,03
640
,26
287,
985,
509
45,0
825
2,82
87,7
9%0,
457,
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05,
507
45,0
9725
4,83
088
,019
%
0,48
56,
464
74,9
348
9,74
5,65
577
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443,
0690
,47%
0,48
56,
503
68,2
4045
3,98
35,
606
69,2
4339
6,49
787
,254
%
0,5
5,77
545
,99
270,
015,
464
41,3
622
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85,1
7%0,
55,
766
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3726
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35,
442
39,3
0722
1,49
782
,999
%
0,55
4,95
685
,79
430,
175,
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556
59,9
4033
8,78
785
,525
%
0,6
3,93
174
,23
295,
995,
509
48,9
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3392
,34%
0,6
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874
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298,
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5,49
849
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274,
660
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0,65
3,24
396
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318,
455,
489
45,1
125
4,39
79,8
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653,
213
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44,9
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2,65
786
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42
Tabla 18: Implementación del convertidor Ćuk con 3,5V en el electrolizador.
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3%
0,5
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288
,47%
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43
Tabla 19: Implementación del convertidor Ćuk con 3,75V en el electrolizador.
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107
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167
84,9
3%
0,65
3,35
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45,
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44
Tabla 20: Implementación del convertidor Ćuk con 4V en el electrolizador.
41,
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Tabla 21: Implementación del convertidor Ćuk con 4,25V en el electrolizador.
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46
Tabla 22: Implementación del convertidor Ćuk con 4,5V en el electrolizador.
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96,
0349
,61
5,22
38,
9448
,44
97,6
4%0,
358,
454
10,2
710
4,9
5,09
711
,15
68,7
65,4
9%
0,4
7,83
615
,08
121,
095,
336
18,3
910
2,34
84,5
2%0,
47,
871
19,7
617
4,2
5,25
325
,04
143,
982
,61%
0,45
7,22
150
,54
385,
165,
625
57,0
833
9,84
88,2
3%0,
457,
253
59,1
644
6,7
5,51
467
,25
385,
186
,21%
0,5
6,44
212
5,32
830,
865,
877
117,
7872
2,66
86,9
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459
147,
9897
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8314
2,7
851
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9%
0,55
5,63
822
2,55
1298
,76,
1417
4,69
1110
,285
,49%
0,55
5,68
254,
3914
98,2
6,05
719
7,93
1220
,181
,44%
0,6
4,84
632
5,37
1641
,96,
329
213,
4313
95,8
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64,
8336
3,43
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,66,
172
230,
8214
46,7
81,1
6%
0,65
3,95
841
7,48
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104
242
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0,65
3,95
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1699
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250,
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3,35
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358,
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710
,647
62,9
4776
,76%
0,4
7,93
621
,718
9,8
5,34
825
,22
147,
877
,87%
0,4
7,88
118
,847
161,
697
5,31
222
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131,
347
81,6
6%
0,45
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866
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5,3
5,55
975
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7,25
458
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386,
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0,5
6,50
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2,73
913,
587
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0,5
6,47
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794
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852
137,
737
829,
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0,55
5,73
265,
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,79%
0,55
5,68
324
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676,
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194,
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351,
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6,21
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714
60,9
6783
,91%
0,65
4,01
644
6,97
1824
,66,
117
249,
6415
51,2
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428,
993
1729
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6,11
424
7,50
315
34,2
3388
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3,21
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52,
56
47
De la Tabla 17 a la Tabla 22 contienen los datos de las mediciones realizadas, donde se puede observar lo
siguiente:
3,25V en el electrolizador.
Como se puede ver en la Tabla 17, el electrolizador se alimentó un voltaje de 3,25V en la entrada, una
corriente de 0,41A y un flujo de hidrógeno de 0,16cc/s, bajo estas condiciones, se varió el ciclo útil de
35% a 70% con pasos de 5%. Los resultados muestran que el voltaje de entrada en el convertidor (que es
el voltaje de salida de la celda de combustible) varía disminuyendo desde 8,08V hasta 2,514V y la
corriente va aumentando desde 7,877mA hasta 83,94mA, la máxima potencia obtenida en este caso fue de
453,983mW y la mínima fue 68,72mW. El punto de máxima potencia se encontró en un ciclo útil de
48,5%, con un voltaje de 6,503V y una corriente de 68,24mA.
En la salida de convertidor (LEDs), se puede ver que el voltaje varía entre 5,17V y 5,606V, la corriente
9,047mA y 69,243mA y la potencia 50,273mW y 396,497mW. La máxima potencia se encuentra en un
ciclo útil del 48,5% con un voltaje de 5,606V y una corriente de 69,243mA y una eficiencia de 87,25%.
La eficiencia del convertidor es de 85,423% en promedio, lo cual muestra el circuito trabaja de manera
efectiva ya que las pérdidas de energía existentes en los componentes del convertidor son del 14,577%.
3,5V en el electrolizador.
La Tabla 18 corresponde a las mediciones sobre la segunda curva, el electrolizador se alimentó con un
voltaje de 3,5V en la entrada, una corriente de 0,474A y un flujo de hidrógeno de 0,34cc/s, el ciclo útil se
varió desde 35% hasta 70% con pasos de 5%. Los resultados sobre la entrada del convertidor muestran
que el voltaje disminuye desde 8,204V hasta 2,616V, la corriente aumenta desde 7,923mA hasta
32,977mA, la máxima potencia obtenida en este caso fue de 828,1mW y la mínima fue 80,007mW. El
punto de máxima potencia se encontró en un ciclo útil de 52,5%, con un voltaje de 6,055V y una corriente
de 132,96mA.
En cuanto a la salida convertidor (LEDs), se puede ver que el voltaje varía entre 5,123V y 5,942V, la
corriente 9,38mA y 122,41mA y la potencia 57,71mW y 750mW. La máxima potencia se encuentra en un
ciclo útil del 52,5% con un voltaje de 5,942V y una corriente de 122,41mA y una eficiencia de 90.57%.
La eficiencia del convertidor es de 87,31% en promedio, lo cual muestra el circuito trabaja de manera
efectiva ya que las pérdidas de energía existentes en los componentes del convertidor son del 12,69%.
3,75V en el electrolizador.
La Tabla 19 muestra las mediciones hechas sobre la tercera curva, el electrolizador se alimentó con un
voltaje de 3,75V en la entrada, una corriente de 1,16A y un flujo de hidrógeno de 0,42cc/s, el ciclo útil se
varió desde 35% hasta 70% con pasos de 5%. Los resultados sobre la entrada del convertidor muestran
que el voltaje disminuye desde 8,178V hasta 2,802V, la corriente aumenta desde 9,61mA hasta
228,937mA, la máxima potencia obtenida en este caso fue de 1150,6mW y la mínima fue 91,733mW. El
punto de máxima potencia se encontró en un ciclo útil de 55%, con un voltaje de 5,653V y una corriente
de 202,84mA.
En cuanto a la salida convertidor (LEDs), se puede ver que el voltaje varía entre 5,148V y 5,936V, la
corriente 9,61mA y 228,937mA y la potencia 91,733mW y 1150,6mW. La máxima potencia se encuentra
en un ciclo útil del 55% con un voltaje de 5,653V y una corriente de 202,84mA y una eficiencia de
85,82%. La eficiencia del convertidor es de 85,09% en promedio, lo cual muestra el circuito trabaja de
manera efectiva ya que las pérdidas de energía existentes en los componentes del convertidor son del
14,91%.
48
4V en el electrolizador.
La Tabla 20 muestra los resultados de la cuarta curva, el electrolizador tenía un voltaje de 4V en la
entrada, una corriente de 1,59A y un flujo de hidrógeno de 0,506cc/s, el ciclo útil se varió desde 35%
hasta 70% con pasos de 5%. Los resultados sobre la entrada del convertidor muestran que el voltaje
disminuye desde 8,131V hasta 2,916V, la corriente aumenta desde 6,933mA hasta 291,553mA, la máxima
potencia obtenida en este caso fue de 1493,7mW y la mínima fue 66,993mW. El punto de máxima
potencia se encontró en un ciclo útil de 55%, con un voltaje de 5,143V y una corriente de 284,85mA.
En cuanto a la salida convertidor (LEDs), se puede ver que el voltaje varía entre 5,304V y 6,106V, la
corriente 8,483mA y 203,64mA y la potencia 50,573mW y 1263,9mW. La máxima potencia se encuentra
en un ciclo útil del 55% con un voltaje de 6,106V y una corriente de 203,64mA y una eficiencia de
84,59%. La eficiencia del convertidor es de 83,36% en promedio, lo cual muestra el circuito trabaja de
manera efectiva ya que las pérdidas de energía existentes en los componentes del convertidor son del
16,64%.
4,25V en el electrolizador.
La Tabla 21 muestra las mediciones hechas sobre la quinta curva, el electrolizador se alimentó con un
voltaje de 4,25V en la entrada, una corriente de 2,12A y un flujo de hidrógeno de 0,639cc/s, el ciclo útil se
varió desde 35% hasta 70% con pasos de 5%. Los resultados sobre la entrada del convertidor muestran
que el voltaje disminuye desde 8,373V hasta 3,096V, la corriente aumenta desde 10,21mA hasta
409,237mA, la máxima potencia obtenida en este caso fue de 1774,133mW y la mínima fue 101,1mW. El
punto de máxima potencia se encontró en un ciclo útil de 61%, con un voltaje de 4,643V y una corriente
de 361,31mA.
En cuanto a la salida convertidor (LEDs), se puede ver que el voltaje varía entre 5,132V y 6,074V, la
corriente 11,87mA y 233,583mA y la potencia 71,5mW y 1460,5mW. La máxima potencia se encuentra
en un ciclo útil del 61% con un voltaje de 6,063V y una corriente de 233,583mA y una eficiencia de
82,34%. La eficiencia del convertidor es de 81,97% en promedio, lo cual muestra el circuito trabaja de
manera efectiva ya que las pérdidas de energía existentes en los componentes del convertidor son del
18,03%.
4,5V en el electrolizador.
En la Tabla 22 se muestra los datos última curva, el electrolizador se alimentó con un voltaje de 4V en la
entrada, una corriente de 2,56A y un flujo de hidrógeno de 0,89cc/s, el ciclo útil se varió desde 35% hasta
70% con pasos de 5%. Los resultados sobre la entrada del convertidor muestran que el voltaje disminuye
desde 8,411V hasta 3,269V, la corriente aumenta desde 8,797mA hasta 483,38mA, la máxima potencia
obtenida en este caso fue de 1741,567mW y la mínima fue 87,103mW. El punto de máxima potencia se
encontró en un ciclo útil de 60%, con un voltaje de 4,842V y una corriente de 351,447mA.
En cuanto a la salida convertidor (LEDs), se puede ver que el voltaje varía entre 5,137V y 6,214V, la
corriente 10,647mA y 230,477mA y la potencia 62,947mW y 1534,233mW. La máxima potencia se
encuentra en un ciclo útil del 65% con un voltaje de 6,114V y una corriente de 247,503mA y una
eficiencia de 88,79%. La eficiencia del convertidor es de 82,73% en promedio, este valor a pesar de ser
menor a la eficiencia de las curvas anteriores, se puede decir que es un valor de eficiencia favorable ya que
las pérdidas son pequeñas. Por otro lado en esta cuerva se ve que el ciclo útil en el que se hacen máximas
las potencias de entrada y de salida no coinciden, esto se debe a que la eficiencia en el 60% es de 83,91%
mientras que en el ciclo útil del 65% la eficiencia es de 88,97%.
49
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS
5.1. Caracterización estática del sistema de celdas de combustible
5.1.1. Caracterización estática del electrolizador
Para realizar el análisis de los resultados mostrados anteriormente en la tabla 3 se realizaron las siguientes
gráficas donde se evidencia el comportamiento de los parámetros medidos.
Gráfica 4: Comportamiento térmico del electrolizador con respecto al tiempo.
50
Gráfica 5: Comportamiento la corriente con respecto al tiempo.
Gráfica 6: Comportamiento la corriente con respecto a la temperatura.
Al realizar la caracterización estática del electrolizador se pudo observar que su comportamiento varía con el
paso del tiempo, las gráficas muestran que la corriente varía dependiendo de la temperatura del
electrolizador, la cual a su vez aumenta con el tiempo. Como se puede observar en la
Gráfica 4, la temperatura del electrolizador tiene un crecimiento asintótico con respecto al tiempo,
conforme pasa el tiempo la temperatura aumenta rápidamente hasta que comienza a llegar al equilibrio a
los 55 minutos con una temperatura de 45,40℃ y finalmete lo alcanza a los 60 minutos con 45,60℃. El
electrolizador tuvo un aumento de 19,4℃ durante 65 minutos de funcionamiento. La Gráfica 6 muestra
cómo se comporta la corriente con respecto a la temperatura. Se puede ver como la corriente disminuye
linealmente al aumentar la temperatura. La pendiente con la que cae la corriente es de −0,011℃/𝐴, y el
cambio que se presenta en la corriente desde el inicio hasta el final de la prueba es de 217mA.
Las relaciones descritas anteriormente entre la temperatura con el tiempo y la temperatura la corriente,
implican que exista también una relación en el comportamiento la corriente con el tiempo. Como se puede
ver en la Gráfica 5 la corriente es inversamente proporcional al tiempo pues disminuye al aumentar el
51
tiempo. La corriente presenta un decrecimiento exponencial con respecto al tiempo, esto se debe a que al
superar los 60 minutos la temperatura se estabiliza, por tanto la corriente llega también al punto de
equilibrio 3,783𝐴.
5.1.2. Caracterización estática del arreglo de celdas tipo PEM
Para poder realizar el análisis de los resultados obtenidos en laboratorio, se graficaron los datos mostrados
anteriormente en las tablas 4 a 15, los datos graficados corresponden a los valores promedio de las tablas.
En este análisis se realizó la familia de curvas que describe el comportamiento de las celdas tipo PEM,
para ello se realizaron 6 curvas diferentes en cada gráfica, cada curva corresponde a un voltaje de entrada
en el electrolizador diferente, de 3,25V a 4,5V con intervalos de 0,25V, lo que varía el flujo de hidrógeno
que entra al electrolizador. La Tabla 23 muestra el flujo de hidrógeno que se conseguía para cada valor de
voltaje en la entrada del electrolizador.
VOLTAJE (V) FLUJO (cc/s)
3,25 0,171
3,50 0,332
3,75 0,446
4,00 0,460
4,25 0,854
4,50 0,994
Tabla 23: Flujo de hidrógeno según el voltaje en la entrada del electrolizador.
Gráfica 7: Respuesta de voltaje vs corriente celdas tipo PEM.
Voltajes en el electrolizador:
52
Gráfica 8: Respuesta de potencia vs resistencia en la carga celdas tipo PEM.
La Gráfica 7 muestra las curvas de corriente (mA) contra voltaje (V) a la salida de la celda de hidrogeno,
se puede ver que los niveles de energía aumentan al aumentar el voltaje de entrada en el electrolizador.
También se puede observar como la corriente disminuye a medida que el voltaje aumenta, en cada curva
se ve un periodo en el que la corriente disminuye de manera tenue hasta llegar a un punto de voltaje donde
cae con una pendiente mucho mayor. También se puede observar que el rango de voltaje donde se
presenta el punto de máxima potencia se encuentra entre los 4V a 6V para todos los flujos de hidrógeno.
La Gráfica 8 corresponde a las curvas potencia (mW) contra resistencia (Ω) a la salida de la celda de
hidrogeno. Se puede observar que para cada flujo de hidrógeno la potencia aumenta al aumentar el valor
de resistencia hasta alcanzar un punto de máxima potencia (PMP), luego de este punto la potencia
disminuye en forma exponencial. Se puede ver que los puntos de potencia máxima se encuentran entre los
10Ω a 60Ω, dentro de ese rango la potencia alcanza un máximo de 2W y un mínimo 500mW.
Voltajes en el electrolizador:
Voltajes en el electrolizador:
53
Gráfica 9: Respuesta de potencia vs voltaje de salida en celdas tipo PEM.
Gráfica 10: Respuesta de potencia vs corriente de salida celdas tipo PEM.
La Gráfica 9 muestra la respuesta de la potencia (mW) con respecto al voltaje (V) de las celdas tipo PEM.
Se observa que la potencia comienza a aumentar al aumentar el voltaje hasta alcanzar su PMP, luego la
potencia disminuye aunque el voltaje siga aumentando. Las potencias máximas para todos los flujos se
encuentran en un rango de 4V a 6V, lo cual confirma lo visto en la Gráfica 7.
La Gráfica 10 muestra el comportamiento de la potencia con respecto a la corriente, y se puede ver como
al alcanzar el punto de máxima potencia la corriente sigue aumentado aunque la potencia empieza a
disminuir, lo que significa que en esos puntos existe un valor de pérdidas de energía notable.
Voltajes en el electrolizador:
54
Gráfica 11: Potencia máxima entregada contra flujo de hidrógeno.
Por último se presenta la Gráfica 11, donde se ve la máxima potencia entregada por la celda de
combustible en cada uno de los flujos donde se realizaron las medidas. Se puede observar que a medida
que el flujo aumenta la potencia también lo hace, hasta llegar a un máximo de 2,005W con un flujo de
0,994cc/s, que corresponde a 4,5V de entrada en el electrolizador y con un valor mínimo de 565mW en un
flujo de 0,171cc/s correspondiente a 3,25V en el electrolizador.
Por lo descrito anteriormente, se puede concluir que para todos los flujos de hidrógeno la máxima potencia
entregada por la celda se presenta en valores bajos de resistencia, entre 10Ω a 60Ω, y en dentro de un
rango de 4V a 6V entregados por la celda. Además el rango de potencia máximas que se pueden alcanzar
en cada flujo varían desde 565mW hasta 2W.
5.2. Caracterización dinámica de la celda
5.2.1. Pasos de voltaje
Los pasos en el voltaje se realizaron cambiando de manera inmediata el voltaje en el electrolizador, las
mediciones se tomaron sobre la carga con diferentes valores de resistencia a la salida, los resultados se
muestran a continuación.
10Ω en la carga
Time/Div: 5s
Gráfica 12: Dos pasos en una carga de 10Ω.
55
Time/Div: 1s
Gráfica 13: Borde de subida en una carga de 10Ω.
Time/Div: 2s
Gráfica 14: Borde de bajada en una carga de 10Ω.
En estas gráficas se muestra el comportamiento de la celda sobre una carga de 10Ω ante cambios abruptos
en el voltaje de entrada. Se puede ver que en el cambio de 3,25V a 4,75V el sistema se demora 2s en
estabilizarse, mientras que en el cambio de 4,75V a 3,25V el sistema tarda 14s en encontrar el equilibrio.
Para este caso es evidente que los cambios de energía positivos son más rápidos que los cambios
negativos.
15Ω en la carga.
Time/Div: 2s
Gráfica 15: Dos pasos en una carga de 15Ω.
56
Time/Div: 500ms
Gráfica 16: Borde de subida en una carga de 15Ω.
Time/Div: 1s
Gráfica 17: Borde de bajada en una carga de 15Ω.
En la Gráfica 15 a la Gráfica 17 se puede ver cómo se comporta la celda con una carga de 15Ω ante los
cambios de voltaje. La Gráfica 15 y la Gráfica 16 muestran un borde de subida de 1s al cambiar de 3,25V
a 4,75V y la Gráfica 17 muestra un borde de bajada (cambio en el voltaje de 4,75V a 3,25V) de 3,5s.
Nuevamente se observa que el sistema responde más rápido al elevar el potencial que al bajarlo.
20Ω en la carga.
Time/Div: 5s
Gráfica 18: Dos pasos en una carga de 20Ω.
57
Time/Div: 500ms
Gráfica 19: Borde de subida en una carga de 20Ω.
Time/Div: 2s
Gráfica 20: Borde de bajada en una carga de 20Ω.
En la Gráfica 18 a la Gráfica 20 describen el comportamiento la celda sobre una carga de 20Ω ante los
cambios de voltaje. En este caso y como se ve en la Gráfica 19, el borde de subida es de 875ms, más
rápido que los dos casos anteriores. Por otro lado la Gráfica 18 y la Gráfica 20 muestran que el tiempo de
establecimiento tiene dos etapas, la primera donde el voltaje cae hasta el punto mínimo en 4,5s, y la
segunda donde el voltaje comienza a aumentar hasta que se estabiliza en un tiempo de 10s.
30Ω en la carga.
Time/Div: 20s
Gráfica 21: Borde de subida en una carga de 30Ω.
58
Time/Div: 1s
Gráfica 22: Borde de subida sección 1 en una carga de 30Ω.
Time/Div: 20ms
Gráfica 23: Borde de subida sección 2 en una carga de 30Ω.
En la Gráfica 21 a la Gráfica 23 muestran el borde de subida de la respuesta la celda de combustible sobre
una carga de 30Ω ante un cambio abrupto de 3,25V a 4,75V. En la Gráfica 21 se puede ver que existen
dos saltos durante el tiempo que dura en estabilizarse el sistema. El primer salto se ve con mayor
resolución en la Gráfica 22 y se puede apreciar que tiene una duración de 1s. El segundo salto se ve con
mayor resolución en la Gráfica 23 y se ve que dura 25ms. El tiempo total en el que el sistema encuentra el
equilibrio es entonces la suma de los dos saltos y el tiempo que hay entre un salto y otro, es decir 126,02s.
Time/Div: 10s
Gráfica 24: Borde de bajada en una carga de 30Ω.
La Gráfica 24 muestra el borde de bajada de la respuesta la celda de combustible sobre una carga de 30Ω
ante un cambio abrupto de 4,75V a 3,25V. Se observa que el sistema no presenta una caída de voltaje
59
lineal ya que se registran picos durante la caída, sin embargo se puede ver que después de 15s se llega al
equilibrio.
Time/Div: 50s
Gráfica 25: Dos pasos en una carga de 30Ω.
En la Gráfica 25 se puede ver cómo se comporta el sistema sobre una carga de 30Ω ante dos cambios
abrupto de voltaje durante un tiempo de 225s. El primer cambio de voltaje se realizó en el momento t1 y el
segundo cambio de voltaje en el momento t2. Se observa que el sistema no presenta un equilibrio
constante, ya que tiene picos de caída luego de un tiempo de estabilización, es sistema tiende a buscar un
punto de equilibrio pero no logra mantenerlo, por lo que cae repentinamente y vuelve a buscar el punto de
equilibrio.
5.2.2. Pasos de carga
Los pasos en la carga se realizaron cambiando de manera inmediata el valor de la resistencia de salida de
con diferentes voltajes de entrada en el electrolizador. Las mediciones se tomaron sobre la carga con
diferentes valores de voltaje en la entrada.
3,25V en la entrada.
Time/Div: 2s
Gráfica 26: Dos pasos con un voltaje de 3,25V.
60
Time/Div: 1s
Gráfica 27: Borde de bajada con un voltaje de 3,25V.
Time/Div: 1s
Gráfica 28: Borde de subida con un voltaje de 3,25V.
En la Gráfica 26 a la Gráfica 28 se muestra el comportamiento de la celda con un voltaje de entrada de
3,25V ante cambios abruptos en la carga de 10Ω a 310Ω. En las gráficas Gráfica 26 y Gráfica 27 se ve que
el borde de bajada tiene un cambio en el voltaje medido prácticamente inmediato, sin embargo el sistema
se demora 5s en llegar al punto de estabilidad. La Gráfica 28 muestra el borde de subida, en este caso
sucede lo mismo que en el borde de bajada, se presenta un cambio inmediato en el voltaje seguido por un
tiempo de establecimiento de 4,25s para llegar al equilibrio.
3.5V en la entrada.
Time/Div: 2s
Gráfica 29: Dos pasos con un voltaje de 3,5V.
61
Time/Div: 500ms
Gráfica 30: Borde de bajada con un voltaje de 3,5V.
Time/Div: 100ms
Gráfica 31: Borde de subida con un voltaje de 3,5V.
En la Gráfica 29 a la Gráfica 31 se muestra el comportamiento de la celda con un voltaje de entrada de
3,5V ante cambios abruptos en la carga de 10Ω a 310Ω. En las gráficas Gráfica 26 y Gráfica 27 se ve que
el borde de bajada tiene un cambio en el voltaje medido inmediato, seguido por dos saltos hasta llegar a un
punto de voltaje donde se establece, el tiempo que dura en llegar al equilibrio es de 3,375s. La Gráfica 31
muestra el borde de subida, que tiene un tiempo de 300ms, mucho más rápido que el primer cambio de
carga.
3.75V en la entrada.
Time/Div: 2s
Gráfica 32: Dos pasos con un voltaje de 3,75V.
62
Time/Div: 1s
Gráfica 33: Borde de bajada con un voltaje de 3,75V.
Time/Div: 50ms
Gráfica 34: Borde de subida con un voltaje de 3,75V.
En la Gráfica 32 a la Gráfica 34 se muestra el comportamiento de la celda con un voltaje de entrada de
3,75V ante los cambios en la carga. En las gráficas Gráfica 32 y Gráfica 33 se ve que el borde de bajada se
comporta igual que el caso anterior (con 3,5V en la entrada), en primer lugar tiene un cambio inmediato y
luego existen dos saltos hasta llegar al equilibrio, este tiempo total es de 6,25s. La Gráfica 34 muestra el
borde de subida de 200ms.
4.0V en la entrada.
Time/Div: 2s
Gráfica 35: Dos pasos con un voltaje de 4,0V.
63
Time/Div: 500ms
Gráfica 36: Borde de bajada con un voltaje de 4,0V.
Time/Div: 20ms
Gráfica 37: Borde de subida con un voltaje de 4,0V.
En la Gráfica 35 a la Gráfica 37 se muestran el comportamiento de la celda con un voltaje de entrada de
4V ante los cambios en la carga. Se puede observar que este caso presenta el mismo comportamiento de
los dos casos anteriores, el borde de bajada tiene un cambio inmediato seguido por dos saltos hasta llegar
al equilibrio, este tiempo total es de 2,125s. La Gráfica 37 muestra el borde de subida de 80ms.
5.3. Implementación del convertidor Ćuk con las celdas de hidrógeno tipo PEM.
Para realizar el análisis del funcionamiento del sistema completo, se graficaron los datos obtenidos en las
pruebas de laboratorio mostrados en las tablas 16 a 21. Cada gráfica muestra la respuesta del convertidor
en para los diferentes flujos de hidrógeno que ingresaban a la celda de combustible. Las gráficas
comportamiento de la potencia de entrada y la potencia de salida del convertidor, al igual que la eficiencia,
con variaciones en el ciclo útil.
64
Gráfica 38: Señales de potencia a la entrada y a la salida del convertidor con 3,25V en el electrolizador.
Gráfica 39: Señales de potencia a la entrada y a la salida del convertidor con 3,5V en el electrolizador.
La Gráfica 38 corresponde a un flujo de 0,171cc/s, es decir 3,25V en la entrada del electrolizador. Se
puede ver que la potencia máxima de entrada es de 450mW y la potencia máxima en la salida es de
400mW, con una eficiencia del 87% en un ciclo útil de 48,5%.
La Gráfica 39 muestra la curva con 3,5V en la entrada del electrolizador, con un flujo de 0,332cc/s. La
potencia máxima de entrada es de 750mW y la potencia máxima en la salida es de 850mW, con una
eficiencia del 91% en un ciclo útil de 52,5%.
65
Gráfica 40: Señales de potencia a la entrada y a la salida del convertidor con 3,75V en el electrolizador
Gráfica 41: Señales de potencia a la entrada y a la salida del convertidor con 4V en el electrolizador.
La Gráfica 40 corresponde a un flujo de 0,446cc/s con 3,75V en la entrada del electrolizador. Se puede ver
que la potencia máxima de entrada es de 1W y la potencia máxima en la salida es de 1,15W, con una
eficiencia del 85% en un ciclo útil de 55%.
La Gráfica 41 muestra la curva con 4V en la entrada del electrolizador, con un flujo de 0,46cc/s. La
potencia máxima de entrada es de 1,2mW y la potencia máxima en la salida es de 1,5mW, con una
eficiencia del 85% en un ciclo útil de 55%.
66
Gráfica 42: Señales de potencia a la entrada y a la salida del convertidor con 4,25V en el electrolizador.
Gráfica 43: Señales de potencia a la entrada y a la salida del convertidor con 4,5V en el electrolizador.
La Gráfica 42 corresponde a un flujo de 0,854cc/s con 4,25V en la entrada del electrolizador. Se puede ver
que la potencia máxima de entrada es de 1,43W y la potencia máxima en la salida es de 1,8W, con una
eficiencia del 82% en un ciclo útil de 61%.
La Gráfica 43 muestra la curva con 4,5V en la entrada del electrolizador, con un flujo de 0,994cc/s. La
potencia máxima de entrada es de 1,5mW y la potencia máxima en la salida es de 1,73mW, con una
eficiencia del 89% en un ciclo útil de 65%.
Se observa en las 6 gráficas se evidencia que el comportamiento de la potencia de salida coincide con el
de la potencia de entrada, lo cual muestra que el convertidor funciona de manera adecuada. También se
puede ver que la eficiencia cambia en cada ciclo útil, en general la eficiencia tiende a aumentar a mayor
valor de ciclo útil y se encuentra entre un 80% y 90% lo cual permite afirmar que el convertidor tiene el
comportamiento deseado y su respuesta esta dentro de lo diseñado. Además, las gráficas también permiten
ver que en cada curva el punto de máxima potencia se encuentra en un valor de ciclo útil diferente, lo que
hace que se requiera de un control que permita variar el ciclo útil dependiendo del flujo de entrada, y
aunque existen máximos locales de potencia en diferentes valores de ciclo útil los máximos absolutos se
encuentran alrededor del 50 y 60%.
67
6. CONCLUSIONES
Luego de realizar este trabajo de grado, con los resultados obtenidos y el análisis de cada etapa realizada
se puede concluir lo siguiente:
1. Al realizar la caracterización estática de la celda de hidrógeno y graficar la familia de curvas que
describen su comportamiento, se encontró que para flujos de hidrogeno bajos a la entrada de la
celda, esta responde como una fuente de corriente y a medida que aumenta el flujo se comporta
como una fuete de voltaje.
2. La caracterización estática de la celda de combustible muestra que la celda tipo PEM estudiada
entrega la máxima potencia de salida en un rango de 4V a 6V para todos los flujos medidos, y con
cargas en la salida de bajo valor, entre 10Ω a 60Ω con corrientes que van desde los 100mA a los
450mA.
3. La máxima potencia que entrega la celda de combustible es diferente en cada flujo de hidrogeno,
el punto óptimo de operación se encuentra en el mayor valor de potencia al que se puede llegar,
2,005W con un flujo de 0,994cc/s.
4. La caracterización dinámica de las celdas de combustible muestra que a cambio inmediatos de
voltaje en la entrada del electrolizador, las celdas tipo PEM tienen una respuesta lenta, pues el
tiempo de estabilización se encuentra en el orden de segundos, donde el menor registrado es de 1s
y el mayor de 126s, este tiempo aumenta al aumentar la carga en la salida.
5. Las curvas dinámicas de las celdas de combustible realizadas con cambios inmediatos en la carga
con diferentes voltajes de entrada en el electrolizador muestran una respuesta rápida en los
tiempos de subida y de bajada, pues se encuentran en un intervalo de 80ms a 6s, siendo más
rápido el tiempo de estabilización en la bajada.
6. Por medio de la implementación de un control manual es posible modificar el ciclo útil en el que
trabaja el convertidor y de esta manera encontrar fácilmente el punto de máxima potencia para
cualquier entrada de flujo de hidrógeno en la celda tipo PEM.
7. El convertidor Ćuk permite tener un voltaje regulado sobre los LEDs a pesar de las variaciones de
voltaje en la entrada del convertidor, lo que genera que los LEDs trabajen siempre sobre el punto
de operación deseado ya que son controlados en corriente.
8. Para una implementación más precisa del convertidor con las celdas de combustible, se podría
realizar como trabajo futuro un circuito de control sobre la señal del mosfet por medio de un
MPPT, que se encargue de variar el ciclo útil hasta encontrar la máxima potencia en la salida, y
así sin importar las variaciones en el voltaje de entrada mantener siempre la máxima potencia
posible sobre los LEDs.
9. Al implementar el convertidor Ćuk con la celda tipo PEM se presentan puntos de máxima
potencia locales para diferentes flujos de hidrógeno en la entrada de la celda. Esto presentaría un
desafío en el momento de implementa un algoritmo de control de MPPT en un trabajo futuro
68
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