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Existe un interes creciente en la implementacion de pilas de combustible en aeronaves, en particular en las no tripuladas (UAV), dado que estas tienen una menor exigencia en terminos propulsivos. Este trabajo se centra en el estudio de la influencia de las condiciones atmosfericas (presion, humedad relativa y temperatura) en el rendimiento de pilas de combustible de tipo PEM de baja temperatura (Proton Exchange Membrane) tanto las que usan hidrogeno como combustible (PEMFC) como las de metanol directo (DMFC) pasivas. En ambos casos se consideran de catodo abierto. Al ser de este tipo se evita el peso de sistemas auxiliares como compresores, bombas y depositos de oxigeno presurizado, hecho que compensa la perdida de rendimiento. El rendimiento se estudia a traves de las curvas de polarizacion. Para realizar el estudio se ha desarrollado un modelo matematico unidimensional para una monocelda que tiene en cuenta la variacion de las condiciones atmosfericas con la altitud de vuelo del UAV y las distintas irreversibilidades que afectan al rendimiento. Es importante destacar que el modelo matematico ha requerido el desarrollo de nuevas expresiones para determinar el coeficiente de difusion del agua en la membrana polimerica. Estas nuevas expresiones mejoran las existentes en la literatura y permiten optimizar los modelos numericos de simulacion de la curva de polarizacion de la pila de combustible. Ademas, se ha desarrollado un banco de ensayos basado en la construccion de una camara climatica para ensayar pilas de combustible en distintas condiciones estables de presion, temperatura y humedad relativa, permitiendo controlar y registrar esas condiciones. Se han ensayado distintos casos obteniendose resultados experimentales. A partir de los resultados experimentales de las simulaciones con los modelos validados y de los resultados experimentales se ha llegado a la conclusion de que las condiciones atmosfericas en altitud afectan mas a las pilas de combustible de tipo PEMFC que a las DMFC, especialmente en condiciones extremas de baja presion, alta temperatura de operacion o baja humedad relativa. Estas son condiciones desfavorables para la humidificacion de la membrana, lo que disminuye la conductividad protonica y aumenta las perdidas ohmicas. Del estudio de la influencia de la temperatura de operacion en el rendimiento se deduce la conveniencia de utilizar un sistema de control de temperatura con el fin de evitar una gran disminucion del rendimiento de la pila de combustible, asi como para evitar la congelacion de la solucion metanol-agua a grandes altitudes. Aunque se produce una perdida de rendimiento, es posible operar pilas de combustible en sistemas de propulsion de UAV a altitudes medias y bajas. ABSTRACT There is a growing interest in the implementation of fuel cells in aircraft, particularly in unmanned aerial vehicles (UAVs), since these have lower propulsion requirements. This work focuses on the influence of atmospheric conditions (pressure, relative humidity and temperature) on the performance of low temperature PEM (Proton Exchange Membrane) fuel cells, either using hydrogen as fuel (PEMFC) or passive direct methanol (DMFC). In both cases they are considered air-breathing type fuel cells. These types of fuel cells avoid the excess weight of auxiliary systems like compressors, pumps and deposits of oxygen-compressed cylinders, fact that compensates the loss of performance. This performance is studied through polarization curves. In order to carry out the study, a one dimensional mathematical model has been developed for a single cell, which takes into account the variation of atmospheric conditions with the flight altitude of the UAV and the different irreversibilities that affect performance. It is important to highlight that the mathematical model has required the development of new expressions to determine the diffusion coefficient of water in the polymer membrane. These new expressions improve on existing ones in the current available body of literature and allow the improvement of numerical simulation models of the fuel cell polarization curve. In addition, a test bed has been developed based on the construction of a climatic chamber to test fuel cells under different stable conditions of pressure, temperature and relative humidity, allowing to control and record these conditions. Different cases have been tested obtaining results for such experiments. From the results of the simulations with the validated models and the results from the experiments it has been concluded that the atmospheric conditions at higher altitude affect PEMFC type fuel cells negatively compared to DMFC type fuel cells, especially under conditions of extreme low pressure, high operating temperature or low relative humidity. These are unfavorable conditions for the humidification of the membrane, which decreases the proton conductivity and increases the ohmic losses. From the study of the influence of operating temperature on performance it is evident that the use of a temperature control system is beneficial in order to avoid a great decrease of the performance of the fuel cell as well as to avoid the freezing of the methanol-water solution at high altitudes. Although there is a loss of performance, it is possible to operate fuel cells in UAV propulsion systems at low and medium altitudes.

Estudio de la influencia de las condiciones atmosféricas en el rendimiento de pilas de combustible de baja temperatura (PEMFC y DMFC) para su aplicación en aeronaves no tripuladas