| dc.rights.license | http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 - Atribución-NoComercial | es_MX |
| dc.contributor | ALBERTO A. ALVAREZ GALLEGOS | es_MX |
| dc.contributor.author | VICTOR SALGADO DAVALOS | es_MX |
| dc.contributor.other | director - Director | es_MX |
| dc.coverage.spatial | MEX - México | es_MX |
| dc.date | 2019-05-22 | |
| dc.date.accessioned | 2019-05-28T11:42:37Z | |
| dc.date.available | 2019-05-28T11:42:37Z | |
| dc.identifier.uri | http://riaa.uaem.mx/handle/20.500.12055/717 | |
| dc.description | RESUMEN
Las Bioceldas de Sedimento Combustible (BCSC) son una fuente de energía alternativa que
recientemente ha tomado mucho interés científico debido a la creciente demanda de
energía y la búsqueda de nuevas fuentes sustentables, las BCSC pueden contribuir a saciar
esta necesidad, sin embargo esta tecnología aun presenta deficiencias, la principal
desventaja es la baja potencia desarrollada. Esta investigación se enfocó primeramente en
diseñar un prototipo de una BCSC económica. El diseño/configuración de todas las celdas
fue el mismo y los principales materiales utilizados fueron: PVC comercial para fabricar la
celda, tela de carbón unidireccional como cátodo (fibreGlast 2583-C), sedimento anaerobio
de rio (como anolito y sustrato), oxígeno disuelto en el catolito, suministrado por el
burbujeo de aire. El objetivo fue buscar el mejor material para el ánodo de la BCSC,
manteniendo invariable el material del cátodo. Para el ánodo, se evaluaron tres materiales
distintos, carbón vítreo reticulado (CVR) de tres porosidades distintas (10,30 y 60 poros por
pulgada lineal (ppi)), tela de carbón unidireccional (fibreGlast 2583-C) y malla comercial de
acero inoxidable (8 hilos por centímetro). El desempeño del ánodo (en términos de
densidad de potencia) se evaluó en función de tres factores: 1) el incremento de la
conductividad del catolito expresada directamente como concentración de Na2SO4, 2) el uso
de quitina como sustrato adicional en la cámara anódica (se evaluaron dos fuentes de
quitina, exoesqueleto de camarón triturado y quitina grado reactivo), 3) el uso de MnO2
fijado en la superficie del cátodo (de tela de carbón) como agente catalizador de la reacción
de reducción de O2. En forma decreciente, se obtuvieron las siguientes densidades de
potencia, CVR de 60 ppi (4.24 mW m-2), tela de carbón unidireccional (2.70 mW m-2), CVR de
30 ppi (2.13 mW m-2) y CVR de 10 ppi (0.94 mW m-2). Para el CVR (60 ppi), la presencia de
bajas concentraciones (0.034 M) de Na2SO4 en el catolito mostró un incremento significativo
en la potencia (5.13 mW m-2). Para el mismo cátodo, la sola adición de quitina incrementó
de manera sustancial la densidad de potencia (15 mW m-2 con 12 g de quitina natural). Con
la adición de la quitina y 0.02 M de Na2SO4 (en el catolito) la densidad de potencia se
incrementó a 31.86 mW m-2. Finalmente, con la combinación de 12 g de quitina en el
anolito, 0.02 M de Na2SO4 en el catolito y MnO2 depositado sobre la superficie del cátodo, se
obtiene 109.8 mW m-2. Aunque todos los factores evaluados en esta investigación influyen
directamente sobre el desempeño de las BCSC se observó que el contenido de materia
orgánica y la reacción de reducción de O2 son los factores críticos que deben tener especial
consideración en su diseño. Este tipo de sistemas resultan atractivos para la generación de
electricidad con el acoplamiento de un elevador de voltaje DC-DC, super-capacitores, un
control de carga/descarga para su uso en lugares de difícil acceso a la red eléctrica para
alimentar dispositivos de bajo consumo de potencia de manera intermitente. | es_MX |
| dc.description | ABSTRAC
The Sediment Microbial Fuel Cells (SMFC) are an alternative energy source that has recently
taken much scientific interest due to the growing demand for enenrgy and the search for
new sustainable source, the SMFC can contribute to satisfy this need, however this
technology still has deficiencies, the main disadvantage is the low power developed. This
research focused first on designing a prototype of an economic SMCF. The
design/configuration of all cells was the same and the main materials used were:
commercial PVC to manufacture the cell, unidirectional carbon cloth as cathode (fibreGlast
2583-C), anaerobic river sediment (as anolyte and substrate), oxygen dissolved in the
catholyte, supplied by the air bubbling. The objective was to find the best material for the
anode of the SMFC, maintaining the cathode material invariable. For the anode, three
different materials were evaluated: reticulated vitreous carbon (RCV) of three different
porosities (10, 30 and 60 pores per linear inch (ppi)), unidirectional carbon cloth (fiberGlast
2583-C) and commercial mesh stainless steel (8 threats per centimeter). The performance of
the anode (in terms of power density) was evaluated in terms of three factors: 1) the
increase in the conductivity of the catholyte expressed directly as Na2SO4 concentration, 2)
the use of chitin as an additional substrate in the anodic chamber (two sources of chitin,
crushed shrimp exoskeleton and reactive grade chitin were evaluated), 3) the use of MnO2
fixed on the surface of the cathode (carbon cloth) as the catalyzing agent of the O2
reduction reaction. In decreasing form, the following power densities were obtained, CVR of
60 ppi (4.24 mW m-2), unidirectional carbon cloth (2.70 mW m-2), CVR of 30 ppi (2.13 mW m-
2) and CVR of 10 ppi (0.94 mW m-2) For the CVR (60 ppi), the presence of low concentrations
(0.034 M) of Na2SO4 in the catholyte showed a significant increase in power (5.13 mW m-2).
For the same cathode, the single addition of chitin substantially increased the power density
(15 mW m-2 with 12 g of natural chitin). With the addition of chitin, plus 0.02 M of Na2SO4
(in the catholyte) the power density was increased to 31.86 mW m-2. Finally, with the
combination of 12 g of chitin in the anolyte, 0.02 M of Na2SO4 in the catholyte and MnO2
deposited on the surface of the cathode, 109.8 mW m-2 is obtained. Although all the factors
evaluated in this research have a direct influence on the performance of the BCSC, it was
observed that the organic matter content and the O2 reduction reaction are the critical
factors that must be specially considered in their design. This type of systems are attractive
for the generation of electricity with the coupling of a DC-DC voltage booster, supercapacitors,
a charge/discharge control for use in places with difficult access to the electricity
grid to power low-level devices power consumption intermittently. | es_MX |
| dc.format | pdf - Adobe PDF | es_MX |
| dc.language | spa - Español | es_MX |
| dc.publisher | El autor | es_MX |
| dc.rights | openAccess - Acceso Abierto | es_MX |
| dc.subject | 7 - INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA | es_MX |
| dc.subject.other | 33 - CIENCIAS TECNOLÓGICAS | es_MX |
| dc.title | Evaluación del potencial energético de la quitina natural en una biocelda de combustible microbiana | es_MX |
| dc.type | masterThesis - Tesis de maestría | es_MX |
| uaem.unidad | Instituto de Investigación en Ciencias Básicas y Aplicadas (IICBA) - Instituto de Investigación en Ciencias Básicas y Aplicadas (IICBA) | es_MX |
| uaem.programa | Maestría en Sustentabilidad Energética - Maestría en Sustentabilidad Energética | es_MX |
| dc.type.publication | acceptedVersion | es_MX |
| dc.audience | researchers - Investigadores | es_MX |
