1. RIUdeG
  2. Tesis
  3. Maestría
  4. CUCEI
Por favor, use este identificador para citar o enlazar este ítem: https://hdl.handle.net/20.500.12104/83790
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dc.contributor.authorRubio Rosas, Roberto-
dc.date.accessioned2021-10-03T03:37:36Z-
dc.date.available2021-10-03T03:37:36Z-
dc.date.issued2018-07-25-
dc.identifier.urihttps://wdg.biblio.udg.mx-
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.12104/83790-
dc.description.abstractLas termoceldas o celdas termogalvánicas (TGC) son dispositivos que pueden trasformar el calor residual proveniente de desecho industrial o geotérmico directamente en electricidad por medio de reacciones redox en electrodos caliente y frío. En este trabajo se propuso un diseño y se construyó una TGC a base de electrodos de carbón (grafito, carbón activado) y ferri/ferrocianuro como par redox, el diseño de la celda permitió realizar múltiples pruebas al desarmarla y cambiar los electrodos así como el electrolito, para comparar los efectos que tienen estos materiales en la eficiencia de una TGC. Esta TGC permite modificar la distancia entre electrodos así como los flujos internos de la celda mediante la modificación del respectivo separador entre electrodos. La TGC fue evaluada mediante mediciones de potencial de circuito abierto a diferentes temperaturas y la construcción de curvas de polarización. Los electrodos utilizados en la TGC se construyeron a base de tela de carbón, los cuales fueron modificados mediante una activación térmica de su superficie transformándolos en electrodos de tela de carbón activado con gran área superficial. Se caracterizó la actividad electrocatalítica de los electrodos activados y sin activar utilizando voltamperometría cíclica (CV) y curvas de Tafel. Además, mediante microscopia electrónica de barrido (SEM) se evidencia la modificación superficial una vez que los electrodos fueron activados. Para describir el efecto que tiene la convección natural es decir, el flujo del fluido y los perfiles de temperatura en la potencia de la celda; se hicieron simulaciones utilizando las ecuaciones fundamentales para la transferencia de masa, calor y dinámica de fluidos mediante el software COMSOL®. Se compararon tres tipos de geometrías (placas planas, cilindros concéntricos y cilindros semicirculares) para una TGC que favorecen el trasporte de masa por convección natural y se obtuvo como mejor propuesta una configuración de cilindros semicirculares misma que muestra 1.6 veces mayor potencia de salida comparada con electrodos planos.-
dc.description.tableofcontentsContenido ................................................................................................................................. i Dedicatoria .............................................................................................................................. v Agradecimientos .................................................................................................................... vi Resumen ............................................................................................................................... vii Objetivos y alcances ........................................................................................................... viii Lista de abreviaciones ............................................................................................................ ix Nomenclatura ......................................................................................................................... xi Lista de Figuras .................................................................................................................... xiv Lista de tablas ................................................................................................................... xviii 1. Capítulo 1: Antecedentes .............................................................................................. 1 2. Capítulo 2: Bases teóricas ............................................................................................ 7 2.1 Celdas electroquímicas ................................................................................................. 7 2.1.1 Potencial de circuito abierto .................................................................................. 8 2.1.2 Corriente de corto circuito ..................................................................................... 9 2.1.3 Par redox ................................................................................................................ 9 2.2 Fundamentos de Celdas termogalvánicas (TGC) ......................................................... 9 2.2.1 Efecto Seebeck ..................................................................................................... 10 2.2.2 Principio de operación de una TGC ..................................................................... 10 2.3 Termodinámica ........................................................................................................... 11 2.4 ¿Por qué disminuye el potencial de una celda galvánica al estar conectada? ............. 12 2.4.1 Sobrepotenciales .................................................................................................. 12 2.5 Potencia de una TGC .................................................................................................. 13 Diseño de una celda termogalvánica a base de electrodos de carbón y ferri/ferrocianuro como pareja redox ii 2.5.1 Curvas de corriente-voltaje y potencia-voltaje .................................................... 13 2.6 Técnicas electroquímicas ............................................................................................ 15 2.6.1 Voltamperometría cíclica (CV) ........................................................................... 15 2.6.2 Calculo del área superficial electroactiva (ESA) mediante CV ........................... 17 2.6.3 Análisis de Tafel (Curvas de polarización) .......................................................... 17 2.7 Electrolitos y aditivos ................................................................................................. 19 3. Capítulo 3: Reactivos, electrodos y modificación de superficies en electrodos ..... 19 3.1 Electrodos ................................................................................................................... 19 3.1.1 Placas de grafito (PG) .......................................................................................... 20 3.1.2 Tela de carbón (TC) ............................................................................................. 21 3.2 Activación superficial de la tela de carbón ................................................................. 22 3.2.1 Caracterización mediante SEM ........................................................................... 23 3.2.2 Caracterización mediante IR ................................................................................ 25 4. Capítulo 4: Caracterización electroquímica de electrodos ..................................... 27 4.1 Metodología experimental .......................................................................................... 27 4.1.1 Voltamperometría cíclica CV .............................................................................. 27 4.1.2 Análisis de Tafel .................................................................................................. 28 4.2 Resultados y discusión ................................................................................................ 30 4.2.1 Voltamperometría cíclica ..................................................................................... 30 4.2.2 Calculo del área superficial electroactiva (ESA) ................................................. 32 4.2.3 Análisis de curvas de Tafel .................................................................................. 34 5. Capitulo 5: Diseño y mediciones de una celda termogalvánica .............................. 35 5.1 Diseño de celda ........................................................................................................... 35 Diseño de una celda termogalvánica a base de electrodos de carbón y ferri/ferrocianuro como pareja redox iii 5.1.1 Descripción de la celda ........................................................................................ 35 5.2 Metodología para mediciones en la TGC ................................................................... 39 5.2.1 Mediciones de temperatura .................................................................................. 39 5.2.2 Mediciones de corriente y potencial .................................................................... 40 5.2.3 Curvas i-V y P-V ................................................................................................. 40 5.2.4 Control de temperatura ........................................................................................ 41 5.2.5 Modificación del electrolito con metanol ............................................................ 42 5.2.6 Modificación del electrolito con agar .................................................................. 42 5.3 Resultados y discusión ................................................................................................ 43 5.3.1 Modificación del electrolito con metanol ............................................................ 43 5.3.2 Modificación del electrolito con Agar ................................................................. 45 5.3.3 Comparación de electrodos de tela de carbón (TC) y PG .................................... 46 5.3.4 Comparación de densidad de potencia entre TC y TCA ..................................... 48 6. Capítulo 6: Modelado de celdas termogalvánicas .................................................... 50 6.1 Balance de calor .......................................................................................................... 51 6.2 Balance de momento ................................................................................................... 51 6.3 Balance de masa .......................................................................................................... 52 6.4 Balance de corriente y voltaje total ............................................................................. 53 6.5 Interfaz electrodo solución .......................................................................................... 54 6.5.1 Cinética ................................................................................................................ 54 6.6 Tipos de distribuciones de corriente ........................................................................... 55 6.6.1 Distribución de corriente primaria ....................................................................... 55 6.6.2 Distribución de corriente secundaria ................................................................... 55 Diseño de una celda termogalvánica a base de electrodos de carbón y ferri/ferrocianuro como pareja redox iv 6.6.3 Distribución de corriente terciaria ....................................................................... 55 6.7 Metodología ................................................................................................................ 56 6.7.1 Módulos utilizados y pasos de estudio. ............................................................... 56 6.7.2 Malla .................................................................................................................... 57 6.7.3 Parámetros utilizados para la simulación de la termocelda ................................. 58 6.7.4 Comparación de resultados experimentales con los simulados ........................... 59 6.7.5 Validación ............................................................................................................ 60 6.8 Discusión de Resultados de simulación ...................................................................... 61 6.8.1 Comparación entre distribución de corriente primaria, secundaria y terciaria en una TGC. ....................................................................................................................... 61 6.8.2 Comparación de resultados experimentales con los simulados ........................... 62 6.8.3 Efecto de la convección natural en la potencia de salida ..................................... 64 6.8.4 Efecto de las dimensiones de la celda .................................................................. 67 6.8.5 Comparación de diferentes geometrías de celda .................................................. 68 7. Capítulo 7: Conclusiones y sugerencias de trabajo futuro ..................................... 72 7.1 Conclusiones ............................................................................................................... 72 7.2 Sugerencias para trabajo futuro .................................................................................. 73 8. Referencias .................................................................................................................. 74-
dc.formatapplication/PDF-
dc.language.isospa-
dc.publisherBiblioteca Digital wdg.biblio-
dc.publisherUniversidad de Guadalajara-
dc.rights.urihttps://www.riudg.udg.mx/info/politicas.jsp-
dc.titleDISEÑO DE UNA CELDA TERMOGALVÁNICA A BASE DE ELECTRODOS DE CARBÓN Y FERRI/FERROCIANURO COMO PAREJA REDOX-
dc.typeTesis de Maestría-
dc.rights.holderUniversidad de Guadalajara-
dc.rights.holderRubio Rosas, Roberto-
dc.coverageGUADALAJARA, JALISCO-
dc.type.conacytmasterThesis-
dc.degree.nameMAESTRIA EN CIENCIAS EN INGENIERIA QUIMICA-
dc.degree.departmentCUCEI-
dc.degree.grantorUniversidad de Guadalajara-
dc.degree.creatorMAESTRIA EN CIENCIAS EN INGENIERO EN QUIMICA-
dc.contributor.directorBárcena Soto, Maximiliano-
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