Download Arreglo de CCM`s - Universidad Tecnológica de Querétaro

Universidad
Tecnológica de
Querétaro
Firmado digitalmente por Universidad
Tecnológica de Querétaro
Nombre de reconocimiento (DN): cn=Universidad
Tecnológica de Querétaro, o=UTEQ, ou=UTEQ,
[email protected], c=MX
Fecha: 2016.05.12 20:57:11 -05'00'
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO
Nombre del proyecto:
“SISTEMA ELECTRÓNICO PARA INCREMENTO DE ENERGÍA ACOPLADO
CON CELDAS DE COMBUSTIBLE MICROBIANAS”
Empresa:
CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO TECNOLÓGICO EN
ELECTROQUÍMICA, S.C.
Memoria que como parte de los requisitos para obtener el título de:
INGENIERO EN ENERGÍAS RENOVABLES
Presenta:
GARITA MEZA MANUEL ALEJANDRO
Asesor de la UTEQ
Asesor de la Organización
Dr. Hugo Manuel Hernández
Hernández
Dra. Bibiana Cercado Quezada
Santiago de Querétaro, mayo de 2016
1
Resumen
Las celdas de combustible microbianas (CCMs) generan baja potencia eléctrica
útil (densidades de corriente y tensión eléctrica), en comparación con otros
métodos alternativos, sin embargo, es posible aprovechar cierta parte de esta
energía mediante el acoplamiento de circuitos electrónicos que permitan
incrementar la potencia. En esta investigación, se desarrolló un sistema
electrónico para el incremento de energía acoplado a un arreglo de tres CCMs,
con el objetivo de alimentar dispositivos electrónicos de baja potencia. Dicho
sistema, es la combinación de un circuito de carga-descarga de capacitores con
un ladrón de Joules, el cual ha sido validado mediante una serie de pruebas de
funcionamiento y aplicando fórmulas matemáticas como la constante de tiempo.
Adicionalmente, el arreglo de tres CCMs se caracterizó por medio de curvas de
polarización para conocer con detalle su capacidad de producir energía.
Palabras clave: CCMs, Circuitos Electrónicos, Potencia eléctrica, Ladrón de
Joules, Capacitores
2
Summary
I did my internship project at CIDETEQ which was called “Electronic
System to Increase Energy for Coupling with Microbial Fuel Cells”. It consisted
in designing and developing an electronic power management system to harvest
the electric current from an array of microbial fuel cells. This project is a new
concept because it has never been reported an investigation like this before
therefore I made massive article reviews to find the necessary information for its
design. Furthermore I applied a series of tests to validate its correct operation,
for example mathematics formulas like the Time Constant and electrochemical
techniques
by
using
laboratory
measuring
equipment
like
a
potentiostat/galvanostat. Although all of these types of activities were new and
difficult to me, I worked with a great academic advisor who always supported me
and even helped me to publish my project in a scientific publication. For these
reasons this internship has been an incredible learning experience.
3
Dedicatorias
Este trabajo se lo dedico primeramente a mi familia que siempre la tengo
presente en mi memoria y en mi vida, porque este trayecto de formación
académica y personal también lo viví con ustedes.
A mis maestros, aquellos que invirtieron su tiempo con clases de calidad y que
además muchos de ellos se convirtieron en mis amigos a través de los años.
A mis mejores amigos, quienes compartieron conmigo grandes experiencias.
De igual forma he aprendido mucho de ustedes.
4
Agradecimientos
En cada una de las etapas más importantes de mi vida mi familia siempre
estuvo conmigo para apoyarme, por eso quiero agradecerles especialmente a
cada uno de ustedes:
Mami Caty, eres la mejor persona que he conocido en el mundo, gracias por tus
consejos, por los ánimos que me diste para seguir adelante, por ser la más
grande inspiración en el mundo para mí.
Papi Mane, para mi tú eres el padre más trabajador del mundo pero sobre todo
eres mi ejemplo a seguir porque siempre diste tu mayor esfuerzo, más de lo que
podías dar, te amo papá.
Hermanito Pablo, te admiro por tu gran fuerza y valentía, por tu sencillez y
humildad, por tu simpatía y calidez con las que te diriges a las personas.
Hermano, te agradezco por tu enorme paciencia hacia conmigo.
Hermanita Jazmín, gracias por todos los momentos de diversión que has
compartido conmigo y por haber depositado en mí la confianza que hoy nos
une.
Por último pero no menos importante, agradezco a mis abuelos: Abuelo Gapo,
Abuela Julia quien me cuida desde el cielo y a mi Abuela Irene, porque ustedes
fueron un apoyo moral importante para terminar esta etapa.
5
Índice
Resumen ............................................................................................................. 2
Summary ............................................................................................................. 3
Dedicatorias ........................................................................................................ 4
Agradecimientos ................................................................................................. 5
Índice .................................................................................................................. 6
I.
Introducción .................................................................................................. 8
II. Antecedentes................................................................................................ 9
III.
Justificación ............................................................................................. 11
IV.
Objetivos ................................................................................................. 12
IV.I Objetivo General...................................................................................... 12
IV.II Objetivos Específicos ............................................................................. 12
V. Alcance ....................................................................................................... 13
VI.
Análisis de Riesgos ................................................................................. 14
VII.
Fundamentación Teórica ......................................................................... 16
VII.I El capacitor ............................................................................................. 16
VII.II Capacitores cerámicos .......................................................................... 17
VII.III Capacitores electrolíticos ..................................................................... 17
VII.IV Carga eléctrica del capacitor ................................................................ 18
VII.V Constante de tiempo ............................................................................. 19
VII.VI Corriente Eléctrica ................................................................................ 21
VII.VII Voltaje ................................................................................................. 22
VII.VIII Potencia ............................................................................................. 22
VII.IX Simbología Eléctrica ............................................................................ 23
VII.X Ladrón de Joules................................................................................... 24
VIII. Plan de Actividades ................................................................................. 26
IX.
Recursos Materiales................................................................................ 27
IX.I Pruebas preliminares............................................................................... 27
IX.II Celdas de Combustible Microbianas ...................................................... 27
6
IX.III Lixiviado de composta ........................................................................... 28
IX.IV Buffer de fosfato de potasio .................................................................. 28
IX.V Caracterización fisicoquímica del lixiviado de composta ........................ 29
IX.VI Ladrón de Joules................................................................................... 31
IX.VII Caracterización de las celdas .............................................................. 31
X. Desarrollo del Proyecto .............................................................................. 31
X.I Diagramas Eléctricos................................................................................ 32
X.II Modo de operación .................................................................................. 33
X.III Construcción de los circuitos .................................................................. 34
X.IV Aplicación de la Constante de Tiempo (CT) ........................................... 35
X.V Análisis Preliminar................................................................................... 36
X.VI Desarrollo del Sistema ........................................................................... 37
X.VII Caracterización fisicoquímica del lixiviado de composta ....................... 38
X.VIII Ladrón de Joules.................................................................................. 38
X.IX Conexión del circuito 1 con el ladrón de Joules ..................................... 40
X.X Caracterización de las celdas ................................................................. 41
X.XI Pruebas de funcionamiento del circuito 3 .............................................. 42
XI.
Resultados Obtenidos ............................................................................. 43
XIII.I Caracterización Fisicoquímica ............................................................... 45
XIII.II Ladrón de Joules .................................................................................. 45
XIII.III Conexión del circuito 1 con el Ladrón de Joles ................................... 46
XIII.IV Curvas de polarización de las CCM’s ................................................. 46
XII.
Conclusiones y Recomendaciones ......................................................... 50
XIII. Bibliografía
7
I.
Introducción
La UNIVERSIDAD TENOLÓGICA DE QUERÉTARO a través de un sistema de
competencias ofrece a la comunidad estudiantil un método de formación
profesional, en las modalidades TSU e INGENIERÍA, conformado por 70%
práctica y 30% teoría. Al término de su formación académica en ambas
modalidades, el alumno desarrolla un proyecto en el campo laboral o de
investigación para aplicar los conocimientos y habilidades adquiridos durante su
estancia en la universidad.
En este trabajo se representa el proyecto de investigación del alumno Manuel
Alejandro Garita Meza desarrollado en el Centro de Investigación y Desarrollo
Tecnológico en Electroquímica (CIDETEQ, S.C.) titulado “Sistema de
almacenamiento de energía para acoplamiento con celdas de combustible
microbianas” para cumplir con el protocolo de educación y obtener el grado de
Ingeniero en Energías Renovables. Este proyecto tiene como objetivo
aprovechar la energía eléctrica generada por una fuente biológica para
alimentar dispositivos electrónicos.
8
II.
Antecedentes
La tecnología en las celdas de combustible microbianas (CCM’s) ha sido un
tema importante de investigación desde los últimos diez años porque ofrecen
una solución para contribuir con la sustentabilidad ambiental. Realizan
simultáneamente la remoción de agentes contaminantes y la generación de
energía. Las CCM’s utilizan microorganismos electro activos para convertir la
energía química almacenada en energía eléctrica. Por otra parte, la corriente
eléctrica puede ser utilizada para otras funciones tales como la producción de
H2 con la ayuda de las celdas de electrólisis, o la desalinización usando las
celdas microbianas de desalinización. Sin embargo, uno de los retos
principales, para que las CCM’s puedan utilizarse en aplicaciones del mundo
real, es la baja energía de salida. Comparados con otros sistemas de energía
alterna como la solar y eólica, las CCM’s son un sistema de bajo rendimiento
debido a limitaciones termodinámicas, además de la complejidad para el control
de cada componente: materiales, microorganismos y diseño de celda.
Uno de los puntos importantes que se ha descuidado en gran medida es como
recuperar y utilizar la energía generada. Ya que la energía directa producida por
las CCM’s comúnmente no es suficiente para aplicaciones prácticas, muchos
tipos de circuitos electrónicos han sido desarrollados para acoplarse con la
arquitectura de las celdas. Estos circuitos electrónicos funcionan como sistemas
de gestión de energía (SGE). Un SGE es un circuito con componentes
electrónicos como capacitores, convertidores boost, multiplicadores de tensión,
9
diodos, inductores y potenciómetros que tienen la función de obtener la energía
generada de las CCM’s y distribuirla a la carga. (Wang, Park, & Zhiyong, 2015)
Sin embargo, en la mayoría de los casos aunque se apliquen estos circuitos de
gestión, la potencia de salida sigue siendo demasiado baja como para conducir
directamente cualquier carga eléctrica, por lo que es necesario almacenar la
carga producida por las CCM’s como primer paso.
Un capacitor es el dispositivo ideal para almacenar la carga y además ha sido
ampliamente utilizado en los diseños de circuitos acoplados a las CCM’s, por su
alta capacitancia y porque puede cargar y descargarse rápidamente, lo cual
resulta importante en la aplicación práctica de la energía. (Shiting, Xue, Yuan,
Liang, & Huang, 2013)
10
III.
Justificación
La densidad de corriente generada por las celdas de combustible microbianas
es muy baja en comparación con otras fuentes alternas de energía y no es
posible utilizarla para fines prácticos debido su bajo voltaje; no obstante, al
emplear circuitos electrónicos es posible aprovechar cierta parte de la energía
generada con el propósito de almacenarla y finalmente darle una aplicación en
el mundo real para alimentar dispositivos que requieran baja potencia, en el
orden de mW. Adicionalmente, el desarrollo de esta tecnología es una
contribución importante para detener los efectos negativos del cambio climático
en el mundo porque proveen energía sin contaminar al medio ambiente.
11
IV.
Objetivos
IV.I Objetivo General
Diseñar y construir un sistema de almacenamiento de energía eléctrica para
acoplamiento con celdas de combustible microbianas y darle una aplicación
práctica a la energía generada por las mismas.
IV.II Objetivos Específicos

Seleccionar y construir en tablero de pruebas (protoboard) el circuito que
servirá como medio de almacenamiento de energía.

Realizar pruebas de funcionamiento para posibles correcciones y/o
modificaciones del circuito.

Realizar pruebas para aplicación de la energía almacenada.
12
V.
Alcance
El proyecto “Sistema Electrónico para Incremento de Energía Acoplado con
Celdas de Combustible Microbianas” pretende obtener un circuito electrónico
que cumplirá con la función de aprovechar la energía eléctrica proveniente de
un arreglo de celdas de combustible microbianas, y utilizar este circuito para
alimentar dispositivos que requieran baja potencia, en el orden de mW.
13
VI.
Análisis de Riesgos
Existen diversos factores de riesgo que pueden afectar el funcionamiento del
proyecto, en la tabla 1 se encuentra una clasificación de ellos. En efecto, el 77%
de estos factores se relacionan directamente con las celdas de combustible
microbianas debido a que son un sistema biológico de generación de corriente
eléctrica; es decir, los microorganismos presentes en la celda son los
encargados de generar esta corriente. Si los factores de riesgo provocan que se
detenga la actividad eléctrica de los microorganismos, secuencialmente la celda
dejará de generar energía.
GRAVEDAD
Alta
Tabla 1. Lista de posibles riesgos que afecten la viabilidad del
proyecto






Baja






A
Inactividad microbiana
Deformidad de la membrana
Saturación de biopelícula
Fracturación de la membrana
Cambio del pH en anolíto y/o
catolíto
Contaminación cruzada
B
Generación excesiva de gas
Generación de residuo
biológico infeccioso
Oxidación del material eléctrico
Equipo de medición dañado
Polaridad invertida
Caídas de tensión en el circuito
Baja






C
Bajo voltaje de salida de las
celdas
Desprendimiento de las
cámaras (anódica y
catódica) de la celda
D
Pérdidas de masa
(evaporación del buffer)
Alteraciones de la actividad
microbiana por cambios de
temperatura
Contaminación microbiana
en el buffer
Transistor dañado por
campos magnéticos
Alta
PROBABILIDAD
14
En la tabla 1 se puede observar que la mayoría de los factores de riesgo se
concentran en los cuadrantes A, B y D, pero es conveniente enfocarse en los
cuadrantes A y C ya que de acuerdo con la clasificación, en estas listas se
encuentran los factores de mayor riesgo y probabilidad; es decir, estos son los
que podrían perjudicar aún más en comparación con la lista de los cuadrantes
B y D.
Para atender las listas A y C se propuso elaborar al menos 2 celdas de
repuesto y 240 mL de lixiviado de composta extra, puesto a que no es posible
cambiar la membrana de una celda en operación, o separar el anolíto del
catolíto (en caso de contaminación cruzada).
En el caso del cuadrante B, estos factores de riesgo se han colocado en
probabilidad y gravedad baja porque es posible resolverlos con mayor facilidad;
por ejemplo, si se genera una cantidad excesiva de gas en la cámara catódica
la solución más adecuada es retirar el tapón de la cámara para la extracción de
los gases y posteriormente volver a colocar el tapón.
Por último, se propuso elaborar 240 mL de buffer extra para resolver dos de los
factores de la lista del cuadrante D. El tercero de los factores restantes está
relacionado directamente con los materiales de los circuitos electrónicos, así
que si alguno de estos se daña es necesario reemplazarlo por un componente
nuevo y funcional.
15
VII.
Fundamentación Teórica
VII.I El capacitor
En los circuitos electrónicos diseñados para almacenar la energía eléctrica, el
capacitor es el elemento más importante pues es el componente que cumple
con dicha función.
Por tal motivo es necesario mencionar ciertos conceptos relevantes para
comprender con detalle el funcionamiento de los capacitores, tales como
capacitancia, capacitor y capacidad.

Capacitancia
Es la propiedad física que tienen algunos dispositivos eléctricos para
almacenar carga y energía eléctrica.

Capacitor
Es un dispositivo eléctrico, al que también suele llamarse condensador
eléctrico, que tiene la propiedad física de almacenar carga y energía
eléctrica.

Capacidad
Es la expresión de la magnitud de la capacitancia del condensador en
Faraday, representada por F.
El capacitor es un dispositivo formado por dos conductores eléctricos de gran
superficie, llamados placas eléctricas que se encuentran separadas por cierta
16
distancia. El capacitor o condensador opera con base al principio de campo
eléctrico, el cual ocurre cuando se le aplica un potencial eléctrico en sus
conductores y se genera un campo eléctrico uniforme de magnitud constante
De acuerdo a su construcción física, existen dos tipos de capacitores eléctricos:

Capacitor cerámico: Constituido de placas separadas por un material
aislante sólido.

Capacitor electrolítico: Formado por dos placas separadas por un
material aislante líquido o en forma de pasta semilíquida.
VII.II Capacitores cerámicos
Son aquellos capacitores que no tienen polaridad y están construidos con dos
películas conductoras eléctricas separadas por un material aislante, llamado
dieléctrico, como el plástico, la cerámica, la mica el papel parafinado, entre
otros. Por lo general sus capacidades son pequeñas, las cuales van desde los
10 picofaradios hasta aproximadamente 10 microfaradios, a pesar de esto se
consideran los más comerciales gracias a que pueden soportar altos voltajes,
hasta el orden de 1500 V.
VII.III Capacitores electrolíticos
Son aquellos dispositivos construidos pos dos conductores eléctricos en forma
de cilindros concéntricos, que se encuentran sumergidos dentro de una
17
sustancia aislante liquida similar al aceite. Estos capacitores tienen polaridad
eléctrica positiva y negativa, lo cual se debe tener en cuenta al conectarse a la
corriente eléctrica, ya que en lugar de invertir su polaridad, el capacitor se
destruirá. Manejan altos valores de capacitancia, pero por el contrario su voltaje
es bajo, por lo general del orden de 15 a 200 V.
VII.IV Carga eléctrica del capacitor
La capacidad del condensador o capacitor se define en función de la carga
eléctrica total de las placas con respecto al potencial eléctrico o voltaje aplicado.
Matemáticamente, la capacidad del capacitor se define mediante el cociente de
la carga eléctrica entre el potencial eléctrico, como se representa en (1) según
los autores (Vega Pérez, 2014).
𝐶=
𝑄
𝑉
(1)
Donde C es la magnitud de la capacidad, también comúnmente conocida como
capacidad del capacitor; Q es la carga eléctrica y V es el potencial eléctrico
En el sistema internacional la unidad de medición de la capacidad es el Faradio
(F) que constituye el cociente del coulomb entre el volt, tal como se representa
en (1.1)
18
𝐹=
𝑄
𝑉
F = Faradio (F)
(1.1)
Q = Coulombs (C)
V = Volts (V)
VII.V Constante de tiempo
Existe una forma de conocer el tiempo de carga y descarga de un condensador
utilizando una fórmula sencilla. Este tiempo se calcula multiplicando el valor de
la resistencia del circuito por la capacitancia del condensador, al producto de
esta multiplicación se le llama constante de tiempo. Dicha fórmula se
representa en (2) (J. Fowler, 1994):
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 (𝐶𝑇) = 𝑅𝐶
(2)
Dónde
 R = Valor de la resistencia (ohms)
 C = Capacitancia del condensador (Faradios)
 CT = La rapidez del tiempo de carga o descarga (segundos)
Según (J. Fowler, 1994) al haber transcurrido una constante de tiempo, el
capacitor se habrá cargado o descargado, con ayuda de una resistencia
eléctrica, en un 63.2%.
En la Fig. 1, se puede observar gráficamente el comportamiento de esta
constante de acuerdo a la cantidad de veces aplicada en la fórmula.
19
a)
Ciclo de Carga
120
86.5
% de carga
100
95
98.2
99.3
99.8
3
4
5
6
63.2
80
60
40
20
0
0
1
2
Constantes de tiempo
b)
Ciclo de Descarga
% de descarga
120
100
80
60
36.8
40
13.5
20
5
1.8
0.7
0.2
3
4
5
6
0
0
1
2
Constantes de Tiempo
Fig. 1. Descripción gráfica de la constante de tiempo según la cantidad de
veces aplicada en la fórmula (1). La Fig. 1a) describe el perfil de los ciclos de
carga, así mismo la Fig. 1b) describe el perfil de los ciclos de descarga.
20
VII.VI Corriente Eléctrica
La corriente eléctrica es el movimiento de partículas cargadas en determinada
dirección.
A la corriente que circula siempre en el mismo sentido por un conductor se le
llama corriente continua que se abrevia CC, la corriente circulará
continuamente. Fluye en el mismo sentido a lo largo del conductor. Es el tipo de
corriente que proporcionan las baterías de coche.
La corriente alterna, abreviada CA, es el tipo de corriente que se usa en las
casas y escuelas. Es el tipo de corriente que periódicamente invierte el sentido
de movimiento. La corriente en todos los hilos de cualquier casa invierte su
sentido cada 1/120 de segundo. (J. Fowler, 1994).
Independientemente de cualquier tipo de corriente, este parámetro es
simbolizado por I y la unidad de medida de la corriente eléctrica es el ampere,
la cual puede calcularse con la ecuación (3) (Boylestad, 2004):
𝐼=
𝑄
𝑡
I = ampere (A)
(3)
Q = coulombs (C)
t = segundos (s)
La letra 𝐼 se eligió a partir de la palabra francesa intensité.
21
VII.VII Voltaje
El voltaje o diferencia de potencial es una señal de cuanta energía se encuentra
involucrada en el movimiento de una carga entre dos puntos en un sistema
eléctrico.
Una diferencia de potencial o voltaje siempre se mide entre dos puntos en el
sistema y se mide en Volts, simbolizado por V, como se muestra en (4):
𝑉=
𝑊
𝑄
V = Volts (V)
(4)
W = Joules (J)
Q = Coulombs (C)
De otra forma, la diferencia de potencial o voltaje aplicada a un circuito eléctrico
es la presión ejercida para poner al sistema en movimiento y causar el flujo de
carga o corriente (Boylestad, 2004).
VII.VIII Potencia
La potencia es una indicación de cuánto trabajo puede efectuarse en una
cantidad específica de tiempo, es posible calcularse usando (5). La unidad
eléctrica de medición para la potencia es el watt simbolizada por W (Boylestad,
2004):
𝑊=
𝐽
𝑇
W = Watts (W)
(5)
J = Joules (J)
T = Tiempo (s)
22
Representándolo de esta manera, un motor grande tiene más potencia que un
motor pequeño porque puede convertir más energía eléctrica en energía
mecánica en el mismo periodo.
VII.IX Simbología Eléctrica
La simbología eléctrica se utiliza en el diseño de los diagramas eléctricoselectrónicos para describir todos los elementos que intervienen en el sistema de
alimentación y distribución de energía. En la tabla 2 se pueden observar
algunos de estos símbolos.
Tabla 2 Simbología eléctrica aplicada en diseño de circuitos
Símbolo
Descripción
Función
Se compone de dos terminales conductoras
Condensador/
separadas por un material dieléctrico, y la
Capacitor
energía
se
almacena
en
el
campo
electrostático (Wang, Park, & Zhiyong, 2015).
Funciona como interruptor que bloquea el
Diodo/Diodo LED regreso de la energía. Un led es también un
diodo cuyas siglas significan “light-emitting
diode”. (Rashid, 2004)
Fuente de voltaje Es un componente que proporciona potencia
eléctrica (López Sánchez, 2002)
Resistencia
Es un componente que ejerce una oposición al
eléctrica
paso de la corriente eléctrica (Hübscher &
23
Klaue, 1991)
Ferrita
Un componente pasivo diseñado para resistir
Toroidal/Inductor
cambios en la corriente
(Token Passive
Components, 2010)
Dispositivo
Transistor
formado
por
tres
capas
de
semiconductores extrínsecos que poseen tres
terminales: emisor, base y colector. Diseñado
para controlar la forma y, por lo tanto,
la conductividad de un canal que transporta un
solo tipo de portador de carga (Liarte, 1993)
VII.X Ladrón de Joules
El ladrón de Joules es un circuito electrónico diseñado para impulsar la salida
del potencial eléctrico acumulado en una fuente de energía. Este dispositivo es
comúnmente utilizado para extraer el voltaje de las pilas o baterías
descargadas.
El ladrón de Joules se considera como una herramienta sustentable debido a
que es capaz de encender un dispositivo de baja escala como un LED
utilizando una fuente de voltaje contaminante (pila alcalina) casi inservible.
Según (Zbar & Malvino, 2001) los LED’s tienen una caída de voltaje
característica de 1.5 a 2.5 V para corrientes de entre 10 y 40 mA pero la caída
exacta dependerá del color, tolerancia y otros factores, por ejemplo un LED
verde de 3 mm a 20 mA requiere de 3 V como mínimo para encender. Es decir,
24
si una pila alcalina tiene un voltaje de salida menor a 3 V no será capaz de
encender el LED, no obstante si se acopla un ladrón de Joules a la pila, el LED
tendrá la potencia necesaria para encender.
25
VIII.
Plan de Actividades
Título de Proyecto: Sistema Electrónico para Incremento de Energía Acoplado con Celdas de Combustible
Microbianas
Estudiante: Manuel Alejandro Garita Meza
Universidad Tecnológica de Querétaro
Carrera: Ingeniería en Energías Renovables.
Asesora Externa: Dra. Bibiana Cercado Quezada.
Semanas
ACTIVIDAD
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ENTREGABLES
Revisión bibliográfica
información digital
Selección y construcción en protoboard de los
circuitos que servirán como medio de almacenaje
Realización de pruebas de funcionamiento para
posibles correcciones y/o modificaciones
Realización de pruebas para aplicación de la energía
almacenada
Redacción de Tesis
Reporte parcial
Presentación en congreso
Poster impreso
Reporte parcial
Reporte parcial
Reporte parcial
26
IX.
Recursos Materiales
IX.I Pruebas preliminares
En la etapa de pruebas preliminares se utilizaron dos circuitos electrónicos
cuyos materiales para su ensamblaje se muestran en la siguiente lista:

1 LED verde

Una fuente de voltaje de 7V

1 LED rojo

1 protoboard

2 resistencias de 1kΩ

1 cronómetro
Además de dos protoboard, una para cada circuito y una lista de 10 capacitores
de diferente capacitancia (ver tabla 3).
IX.II Celdas de Combustible Microbianas
Las celdas estaban compuestas de una cámara anódica con 120 mL de
lixiviado de composta como susbtrato, y de una camada catódica con 120 mL
de buffer de fosfato de potasio, ambas cámaras cubiertas con una tapa de
plástico, y se encontraban separadas por una membrana circular de
polisulfonatos de 4.3 cm de diámetro. En cada cámara se encontraba un
electrodo hecho de fieltro de carbono de 2 x 2 cm con un alambre de titanio de
10 cm de largo. Estos electrodos se colocaban fijamente en las tapas de
plástico de la celda tal como se puede observar en la Fig. 2.
27
1
2
3
Fig. 2. Arquitectura de la celda de combustible microbiana En la Fig. 2 se puede
observar los componentes principales de la celda como lo son: 1) Membrana
2) Electrodos 3) Cámaras: Anódica y Catódica
IX.III Lixiviado de composta
El lixiviado de composta se preparó realizando una mezcla de 200 mL de
humus de lombriz comercial con 10 mM de Acetato de sodio y 150 mM de
Cloruro de Potasio, dicha mezcla se mantuvo en agitación a 70 rpm durante 24
h y finalmente se centrifugó a 1000 rpm durante 2 min.
IX.IV Buffer de fosfato de potasio
El buffer de fosfato de potasio (50 mM, pH 7) se preparó realizando una mezcla
de los siguientes compuestos que se diluyeron en 1 L de agua destilada:
28
𝑲𝑪𝒍 + 𝑲𝟐 𝑯𝑷𝑶𝟒 + 𝑲𝑯𝟐 𝑷𝑶𝟒

1.832 g de 𝐾𝐶𝑙

1.661 g de 𝐾2 𝐻𝑃𝑂4

2.109 g de 𝐾𝐻2 𝑃𝑂4
IX.V Caracterización fisicoquímica del lixiviado de composta
Se realizaron distintas mediciones para conocer las características físico
químicas del lixiviado de composta, como lo son: la demanda química de
oxígeno (DQO), sólidos totales, conductividad eléctrica y pH.
Para la prueba de la DQO se introdujo 2 mL de una muestra diluida de 1:500 de
lixiviado de composta en una solución de dicromato de potasio, posteriormente
esta mezcla se mantuvo en un reactor a 150 °C durante dos horas. Y finalmente
se retiró la mezcla del reactor para medir la demanda química de oxígeno con
ayuda de un espectrofotómetro
La prueba de sólidos totales se realizó por duplicado utilizando muestras de 12
mL del lixiviado de composta sin diluir, dos crisoles de cerámica, pinzas de
acero inoxidable, una mufla, una estufa y un desecador. En la Fig. 3 se muestra
un diagrama de bloques que describe el desarrollo de la técnica con la cual es
posible medir 3 parámetros: sólidos totales, sólidos suspendidos volátiles y
sólidos fijos, utilizando las fórmulas (6), (7) y (8) respectivamente.
29
𝐴−𝐵
𝑋 100
𝐶
%𝑆ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 =
% 𝑆ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑆𝑢𝑠𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑉𝑜𝑙á𝑡𝑖𝑙𝑒𝑠 =
% 𝑆ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝐹𝑖𝑗𝑜𝑠 =
(6)
𝐴−𝐷
𝑋100
𝐶
(7)
𝐷−𝐵
𝑋100
𝐶
(8)
Inicio
Pesar 25-50 g de
muestra en crisol
Peso C
Ignición en mufla
550 °C por 1 h
Cápsulas a
peso constante
550 °C por 1 h
Evaporar en
parrilla a 200 °C
<Sin ebullir>
Enfriar en
desecador
Enfriar en
desecador
Secar en horno a
150 °C por 1 h
Peso B
Peso A
Peso D
Fin
Fig. 3 Diagrama de elaboración de la técnica de sólidos totales
Por último, la conductividad eléctrica y el pH se midieron utilizando un
multímetro portátil OAKTON PCD 650.
30
IX.VI Ladrón de Joules
El Ladrón de Joules se ensambló conectando la siguiente lista de componentes
electrónicos con base al diagrama eléctrico que más adelante se muestra en la
Fig. 6.

1 Ferrita Toroidal

1 LED verde de 3 mm

1 Resistencia de 1 KΩ

1 protoboard

1 Transistor 2N3904
IX.VII Caracterización de las celdas
Se realizó un método llamado “Curva de polarización” a las tres celdas para
medir la tensión eléctrica de salida y la intensidad de corriente utilizado un
potenciostato BioLogic-VSP. Este método se desarrolló mediante la conexión
de un banco de resistencias (RESISTANCE DECADE BOX, 72-7270, Tenma) a
los polos positivo y negativo de la celda. Los valores de resistencia externa
variaron en un rango de 56 000 a 33 Ω por un periodo de 2 min en cada valor
de resistencia.
X.
Desarrollo del Proyecto
Cabe mencionar que antes de iniciar con la etapa de desarrollo del sistema, fue
necesario realizar una etapa de experimentación previa, la cual consistió en
construir dos diferentes circuitos electrónicos para cargar diez condensadores
(cada uno a diferente capacitancia) con el propósito de seleccionar, con base a
los resultados del tiempo de carga-descarga y a la capacitancia, cuales son los
31
más adecuados para utilizar como medio de almacenamiento de energía
proveniente de las CCM’s, ya que de acuerdo con (Shiting, Xue, Yuan, Liang, &
Huang, 2013), estos componentes son la mejor opción para realizar dicha tarea.
X.I Diagramas Eléctricos
En la Fig. 4 se encuentran los diagramas de los circuitos que se utilizaron para
esta etapa de pruebas preliminares.
a)
b)
Fig. 4. Diagramas eléctricos de prueba Fig. 4a): Circuito indicador de cargadescarga de capacitores con señal luminosa Fig. 4b): Circuito de cargadescarga de capacitores con resistencia eléctrica.
Los materiales que se utilizaron en cada uno de los circuitos fueron los
siguientes:
a) Un LED verde (L1) y rojo (L2), una resistencia de 1kΩ (R1), una fuente de
voltaje (7 V), un protoboard y un cronómetro.
b) Una resistencia de 1kΩ (R1), una fuente de voltaje (7 V), un multímetro,
un protoboard y un cronómetro.
32
Así mismo, los diez capacitores mencionados anteriormente en la sección IX.I y
sus características eléctricas se encuentran enlistados en la tabla 3.
Tabla 3. Lista de capacitores utilizados en los circuitos
Capacitor
Tipo
Voltaje (V)
C (μF)
1
Electrolítico
160
1
2
Electrolítico
25
22
3
Electrolítico
25
100
4
Electrolítico
100
220
5
Electrolítico
63
1000
6
Electrolítico
25
2200
7
Cerámico
100
0.1
8
Cerámico
250
0.1
9
Cerámico
250
0.6
10
Cerámico
250
4.7
X.II Modo de operación
Si al circuito de la Fig. 4a) se le aplica un voltaje, el circuito indica cuando el
capacitor (C1) se encuentra en ciclo de carga a través de una señal luminosa
proporcionada por el componente L1, y de la misma manera cuando se
encuentra en ciclo de descarga con el componente L 2. Se requiere iniciar el
cronómetro mientras el componente L1 o L2 se encuentran encendidos para
medir el tiempo de carga o descarga según sea el caso.
33
En cambio para el circuito de la Fig. 4b) es necesario utilizar un multímetro y
conectarlo en las terminales positiva y negativa del capacitor para verificar
cuando éste se haya cargado o descargado; y de igual manera es preciso
encender el cronómetro mientras el multímetro está midiendo el voltaje del
capacitor.
X.III Construcción de los circuitos
Una vez conocido el modo de operación de los circuitos, se prosiguió a su
construcción en protoboard para realizar las pruebas y verificar, de acuerdo al
funcionamiento descrito la sección X.II, el momento en que el capacitor en
prueba ha terminado su ciclo de carga o descarga. Los resultados de la prueba
se encuentran en la tabla 4.
Tabla 4. Tiempos de carga y descarga de diferentes capacitores
Capacitor CT R (Ω) C(μF) T Carga (s) T Descarga(s)
1
5
1000
1
1
1
2
5
1000
22
1
1
3
5
1000
100
1
1
4
5
1000
220
1
1
5
5
1000
1000
5
4
6
5
1000
2200
10
9
7
5
1000
0.1
1
1
8
5
1000
0.1
1
1
9
5
1000
0.6
1
1
10
5
1000
4.7
1
1
34
Es importante mencionar que al realizar estas pruebas se obtiene una medición
del tiempo aproximado, ya que para conocer un resultado más preciso se
debe aplicar la fórmula de la Constante de Tiempo. Sin embargo, se logró
realizar la prueba de concepto para la función de carga y descarga del
condensador.
X.IV Aplicación de la Constante de Tiempo (CT)
Como se mencionó previamente en la sección VII.V de la Fundamentación
Teórica, es posible conocer el tiempo de carga y descarga de los capacitores
con mayor precisión aplicando cinco veces la constante de tiempo, tal como se
muestra en el ejemplo de la Fig. 5.
Fig. 5. Circuito de prueba con resistencia y capacitor
Por lo tanto
𝑪𝑻 = 5 ∗ 1000𝛺 ∗ 0.000022 𝐹 = 𝟎. 𝟏𝟏 𝒔
Los resultados de estos cálculos para cada uno de los condensadores se
muestran en la tabla 5.
35
1
Tabla 5. Cálculo de la CT en los capacitores utilizados
CT Resistencia (Ω) Capacitancia (μF)
Velocidad de
carga-descarga (s)
5
1000
1
0.005
2
5
1000
22
0.11
3
5
1000
100
0.5
4
5
1000
220
1.1
5
5
1000
1000
5
6
5
1000
2200
11
7
5
1000
0.1
0.0005
8
5
1000
0.1
0.0005
9
5
1000
0.6
0.003
10
5
1000
4.7
0.0235
Capacitor
X.V Análisis Preliminar
De acuerdo con los resultados obtenidos con la ecuación de la Constante de
Tiempo y a la experimentación realizada con los circuitos, los condensadores 1
y 2 de la lista son los más indicados para trabajar en los circuitos como medio
de almacenamiento gracias a que estos son los que presentan el ciclo de cargadescarga más corto. A pesar de que los condensadores 7 y 8 tienen un tiempo
más corto de carga y descarga en comparación con los condensadores 1 y 2, la
desventaja que presentan es que tienen un 50% menos de capacitancia. Es
decir, los condensadores 1 y 2 tienen mayor capacidad para almacenar carga
en un tiempo relativamente corto. Por estas razones se decidió continuar el
desarrollo del proyecto manejando los capacitores 1 y 2 cuyas características
eléctricas se pueden observar en la tabla 2. Además, se ha comprobado que
36
ambos circuitos de la Fig. 2 pueden cumplir con la función de cargar y
descargar los capacitores, pero la diferencia entre éstos es que en el circuito
2a existe un 50% mayor de desgaste de energía debido a la presencia de un
led, que consume al menos 3 V, y una resistencia eléctrica de 100 Ω colocados
entre la fuente y el capacitor, por el contrario en el circuito 2b solo existe una
resistencia eléctrica de 100 Ω, es por eso que este último fue seleccionado
como el circuito de almacenamiento de energía, el cual se nombró como
“Circuito 1”
X.VI Desarrollo del Sistema
Una vez terminada la etapa de pruebas preliminares, se prosiguió a la
construcción de un arreglo de tres celdas de combustible microbianas que
funcionaban como la fuente de voltaje orgánica. Sin embargo, antes del
acoplamiento de las celdas con el circuito 1, fue necesario estabilizar las
reacciones electroquímicas que ocurrían en las mismas para provocar que la
generación que energía fuera constante. Dicha tarea se logró conectando las
celdas a un potenciostato y determinando el Voltaje de Circuito Abierto (OCV
por sus siglas en inglés). El resultado final de esta medición en cada una de las
tres celdas se puede observar en la tabla 6
37
Tabla 6. Tensión eléctrica máxima de
salida de las celdas
Celda
Resultado de OCV, V
1
0.744
2
0.753
3
0.768
.
X.VII Caracterización fisicoquímica del lixiviado de composta
Como se mencionó anteriormente en la sección II, las celdas de combustible
microbianas generan una corriente eléctrica a través de la interacción de
microorganismos electro activos presentes en un substrato, en este proyecto el
lixiviado de composta se utilizó como susbtrato y fuente de microorganismos
pues este material es capaz de generar una corriente eléctrica sin necesidad de
aplicarle ningún potencial de arranque. Más adelante en la tabla 7 se mostrarán
los resultados de la caracterización fisicoquímica realizada al lixiviado de
composta.
X.VIII Ladrón de Joules
En la tabla 6 se puede observar que el voltaje de salida en cada una de las tres
celdas es menor a 1 V así que para aumentar este voltaje se conectaron en un
arreglo en serie con el cual se obtuvo un resultado de 2.33 V. No obstante, para
alimentar el dispositivo LED seleccionado en esta prueba se requiere de al
menos 3 V según el proveedor “Electrónica AMMA Querétaro”. Es por eso que
se desarrolló un circuito electrónico para aumentar el voltaje de salida de las
38
celdas llamado Ladrón de Joules y de esta manera encender el dispositivo LED.
A este circuito se le nombró como “Circuito 2”
En la Fig. 6 se puede observar el diagrama eléctrico utilizado para la
construcción del Ladrón de Joules.
a)
b)
Transistor
2N3904
R = 1 KΩ
FT = Ferrita
Toroidal
Fig. 6. Diagrama eléctrico de Ladrón de Joules y su descripción gráfica. La Fig.
6 a) representa el diagrama eléctrico con la simbología de los componentes
utilizados para la construcción del Ladrón de Joules. La Fig. 6 b) es una
descripción gráfica de las conexiones del circuito.
El diagrama (Fig. 6 a) está formado principalmente de cuatro componentes
electrónicos:

FT: Ferrita Toroidal

R: Resistencia de 1 KΩ
39

NPN: Transistor 2N3904

L: LED de 3 mm a 20 mA
Además de una fuente externa de voltaje (pila alcalina) con una salida menor a
los 3 V, alambre de cobre, un protoboard y un multímetro. Cabe mencionar que
la ferrita toroidal contaba con 1.7 cm de diámetro externo con 8 vueltas de
alambre de cobre.
Una vez terminada la construcción del circuito en el protoboard se sometió a
una prueba de funcionamiento aplicándole un voltaje de 0.5 V con la fuente
externa (pila alcalina) y se pudo observar, a través de una señal luminosa
proporcionada por el LED, que el circuito funcionaba correctamente. El voltaje
de entrada a las terminales positiva y negativa del LED fue igualmente de 0.5 V.
X.IX Conexión del circuito 1 con el ladrón de Joules
Posteriormente, ya que se validó el funcionamiento del Circuito 1 utilizando la
pila alcalina de 0.5 V, se prosiguió al acoplamiento de los Circuitos 1 y 2 para
obtener una salida de voltaje igual o mayor al de la pila (0.5 V) y encender
primeramente un LED. A esta combinación de circuitos se le llamó “Circuito 3”
(Fig. 10). Cabe señalar que la celda microbiana con menor capacidad fue la
número 1 con 0.74 V, es decir que teóricamente la celda 1 contaba con el
potencial eléctrico necesario para encender un LED con ayuda del circuito 3 sin
utilizar el arreglo de las tres celdas en serie. Sin embargo, no hubo respuesta
luminosa del LED cuando se realizó dicha conexión sino hasta conectar el
arreglo de las tres celdas en serie. Esto sucedió debido a un fenómeno
40
explicado por (Wang, Park, & Ren, 2012) en el que describe que no toda la
energía proveniente de una CCM puede ser utilizada debido a su resistencia
interna. La resistencia interna de un CCM varía constantemente con los
cambios en las actividades microbianas y parámetros operativos, tales como la
concentración de sustrato, el pH, y la temperatura.
X.X Caracterización de las celdas
Una vez que se validó el funcionamiento del circuito 3 utilizando el arreglo de
las celdas de combustible microbianas se prosiguió a la caracterización de las
mismas para conocer con detalle su capacidad de producir energía utilizando la
técnica “Curva de Polarización” (cuyo procedimiento se describe en la sección
IX.VII) con el propósito de conocer la intensidad de corriente y tensión eléctrica.
Para esta técnica se utilizó nuevamente un potenciostato y se programó una
tarea de Voltaje de Circuito Abierto., En la Fig. 11 y 12 se muestran los
resultados de las curvas de polarización aplicadas a cada una de las tres
celdas.
Posteriormente, se prosiguió a caracterizar el arreglo de las tres celdas de
combustible microbianas conectadas en serie utilizando la misma técnica antes
descrita, los resultados de esta caracterización se encuentran en la Fig. 13 de la
sección de resultados.
41
X.XI Pruebas de funcionamiento del circuito 3
Una vez terminada la caracterización de cada una de las celdas y del arreglo en
serie, se realizó una prueba de funcionamiento del circuito 3 aumentando el
número de dispositivos LED, en dicha prueba se logró encender hasta 10 de
estos dispositivos aplicando una tensión eléctrica de 2.33 V proveniente del
arreglo de las CCM’s. Así mismo se midió la tensión eléctrica de entrada a los 9
LED’s y se obtuvo un resultado de 0.5 V. En la Fig. 7 se puede observar una
imagen del circuito 3 de los resultados descritos anteriormente.
a)
42
b)
Fig. 7. Conexión del circuito 3 con el arreglo de CCMs. En la Fig. 7 a) se puede
observar el circuito 3 en operación, por otro lado en la Fig. 7 b) se encuentra el
diagrama eléctrico del circuito 3 acoplado con las celdas de combustible
XI.
Resultados Obtenidos
Tal como se mencionó en la sección X.VI de Desarrollo, las tres celdas de
combustible fueron conectadas a un potenciostato y se determinó el Voltaje de
Circuito Abierto por un periodo de 10 días para conocer la tensión de salida. En
la Fig. 8 se muestran el resultado de esta medición durante este periodo de
tiempo
43
b)
OCV, celda 1
0.8
0.6
0.744
0.4
0.2
0
0
2
4
6
8
Tensión Eléctrica, V
Tensión Eléctica, V
a)
0.8
0.6
0.2
0
10
0
2
4
6
8
10
Tiempo, D
OCV, celda 3
OCV, celdas 1, 2 y 3
d
0.8
0.6
0.767
0.4
0.2
Tensión eléctrica, V
0.8
Tensión eléctrica, V
0.753
0.4
Tiempo, D
c)
OCV, Celda 2
0.6
Series2
Cel 1
0.4
Cel 2
Series3
0.2
Series1
Cel 3
0
0
0
2
4
6
8
10
0
2
Tiempo, D
4
6
8
10
Tiempo, D
Fig. 8. Resultados de la programación de Voltaje de Circuito Abierto (OCV). En las Fig. 8 a), b) y c) se muestra
una gráfica que representa la evolución del voltaje de circuito abierto de las celdas 1, 2 y 3 respectivamente; la
Fig. 8 d) es una comparación de estas tres gráficas.
44
XIII.I Caracterización Fisicoquímica
Tabla 7. Caracterización fisicoquímica del lixiviado de composta
Parámetro
Resultado
DQO (mg/L)
pH
Conductividad eléctrica (mS/m2)
Sólidos Fijos (%)
Sólidos Totales (%)
Sólidos Suspendidos Volátiles (%)
6000
7.8
7.96
5.03
8.13
3.09
XIII.II Ladrón de Joules
En la Fig. 6 de la sección X.VIII se muestran los diagramas utilizados para la
construcción del Ladrón de Joules, adicionalmente en la Fig. 9 se muestra una
imagen de este circuito ensamblado en un tablero de pruebas.
Fig. 9 Disposición de circuitos eléctricos para el Ladrón de Joules,
45
XIII.III Conexión del circuito 1 con el Ladrón de Joles
Como se mencionó en la sección X.IX se conectó el circuito 1 con el circuito 2
(Ladrón de Joules) para formar el circuito 3, en la Fig. 10 se muestra el
diagrama de esta conexión.
Fig. 10. Diagrama del circuito 3
XIII.IV Curvas de polarización de las CCM’s
Los resultados de las técnicas de caracterización por medio de curvas de
polarización mencionadas en la sección X.X se encuentran en las Fig. 11, 12 y
13.
46
Celda 2
5.E-05
4.E-05
4.E-05
3.E-05
P celda, W
P celda, W
Celda 1
3.E-05
2.E-05
2.E-05
1.E-05
1.E-05
7.E-06
0.E+00
0.E+00
0
0.00005 0.0001 0.00015 0.0002 0.00025 0.0003
0
0.00005
I celda, A
0.0001
0.00015
I celda, A
Comparaciones
Celda 3
0.00025
Series21
Celda
Celda
Series42
Celda
Series63
5.E-05
5.E-05
4.E-05
P celda, W
4.E-05
P celda, W
0.0002
3.E-05
2.E-05
9.E-06
3.E-05
2.E-05
1.E-05
0.E+00
0
0.0001
I celda, A
0.0002
0.0003
0.E+00
0
0.0001
I celda, A
0.0002
0.0003
Fig. 11. Curvas de Polarización de las CCM's: Potencia (W) vs Corriente (A)
47
Celda 2
0.75
0.5
0.6
0.4
Ecelda, V
Ecelda, V
Celda 1
0.45
0.3
0.15
0.3
0.2
0.1
0
0
0
0.00006
0.00012
0.00018
0.00024
0.0003
0
0.00005
Icelda, A
0.00015
0.0002
0.00025
Icelda, A
Celda 3
Comparación
0.75
0.5
Icell,
CeldaA 1
Celda 2
Series3
Series2
Celda 3
0.6
Ecelda, V
0.4
Ecelda, V
0.0001
0.3
0.2
0.1
0.45
0.3
0.15
0
0
0.00006
0.00012
0.00018
Icelda, A
0.00024
0.0003
0
0
0.00006
0.00012
0.00018
0.00024
0.0003
Icelda, A
Fig. 12. Curvas de Polarización de las CCM's: Voltaje (V) vs Corriente (A)
48
a)
b)
Arreglo de CCM's <V vs A>
8.E-05
1
6.E-05
0.8
Máx 0.069 mW
5.E-05
Ecell, V
P cell, W
Arreglo de CCM's <W vs A>
3.E-05
2.E-05
0.6
0.4
0.2
0.E+00
0
0
0.00004 0.00008 0.00012 0.00016
0.0002
0
0.00004
0.00008
I cel, A
0.00012
0.00016
0.0002
Icell, A
Fig. 13. Curva de polarización del arreglo de CCM’s. En la Fig. 13 se encuentran las dos curvas de polarización
obtenidas en la caracterización del arreglo de CCM’s conectadas en serie. La Fig. 13 a) representa la potencia de
la celda con respecto a la intensidad de corriente, por el contrario en la Fig. 13 b) se representa la tensión
eléctrica con respecto a la intensidad de corriente.
49
XII.
Conclusiones y Recomendaciones
Se ha desarrollado un nuevo dispositivo electrónico para aprovechar la energía
eléctrica proveniente de celdas de combustible microbianas con la capacidad de
encender componentes electrónicos que requieran baja potencia, en el orden
de mW. Este dispositivo es la combinación de un circuito de carga y descarga
de capacitores con un ladrón de Joules.
Por otro lado, las técnicas de selección del capacitor utilizadas en las pruebas
preliminares fueron las correctas para realizar dicha selección, pues el capacitor
logró alimentar continuamente de corriente eléctrica a los diodos LED y estos
lograban una luminosidad constante. Es decir, es posible encender otro tipo de
aparatos electrónicos y estos operarán continuamente hasta que las celdas de
combustible microbianas no tengan más substrato o combustible.
Sin embargo, la capacidad del dispositivo electrónico para encender otros
aparatos dependerá de las CCMs. En este caso, la potencia eléctrica máxima
del arreglo de celdas fue de 0.069 mW según la gráfica 13a), es decir con una
potencia de 0.069 mW fue posible encender hasta 10 diodos LED utilizando el
dispositivo electrónico y el arreglo de celdas.
50
XIII.
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