Los sistemas de electrólisis alcalina del agua han optimizado su rendimiento gracias al avance en la innovación de nuevos materiales y estrategias de integración para electrodos, membranas y electrólito [@ref39]. Estos componentes constituyen una parte esencial de los electrolizadores, los cuales pueden estar formados por una o más celdas electroquímicas conectadas en serie o en paralelo [@ref43]. En este contexto, la evaluación del desempeño electroquímico suele realizarse mediante curvas de polarización, ya que estas permiten caracterizar la respuesta del sistema en diferentes regiones de operación [@ref39;@ref59].
El desarrollo por mejorar los sistemas de electrólisis de agua alcalina siguen enfocándose en crear nuevas fórmulas de material para la construcción de electrodos, membranas y el ensamble de la membrana con los electrodos[@ref39]. Estos componentes se utilizan en la construcción de electrolizadores, los cuales están compuestos de una o mas celdas electroquímicas conectadas en configuración de serie o paralelo [@ref43], su comportamiento es evaluado por medio de curvas de polarización [@ref39;@ref59].
En particular, las curvas Corriente-Voltaje ($I$-$V$), también conocidas como curvas de polarización, permiten evaluar cuantitativamente el comportamiento de la celda y distinguir las principales contribuciones a las pérdidas del sistema. Entre ellas se encuentran la polarización por activación, asociada con la cinética de la reacción electroquímica; la polarización óhmica, relacionada con la conducción eléctrica e iónica; y las limitaciones por transferencia de masa, también denominadas polarización de concentración [@ref11;@ref60].
Las curvas de Corriente-Voltaje ($I-V$) o curvas de polarización ayudan a evaluar de manera cuantitativa el comportamiento de la celda. Las curvas de polarización proveen información importante, tales como, las perdidas en la polarización de activación (perdidas por la reacción electrónica), en la polarización óhmica (perdidas en la conducción óhmica e iónica) y en las limitaciones de transferencia de masa o polarización de concentración (perdidas por transporte de masa) [@ref11;@ref60].
Entre las contribuciones asociadas a las pérdidas del sistema, la resistencia óhmica desempeña un papel determinante, ya que su reducción permite operar a mayores densidades de corriente y mejorar el desempeño global del electrolizador [@ref59;@ref60]. En este sentido, diversos estudios han señalado que dicha resistencia puede incrementarse por múltiples factores, tales como la formación de nanoburbujas en las interfaces electrodo-electrolito, la selección de materiales y acabados superficiales que modifican la resistencia de contacto, así como las variaciones en el nivel de compresión del ensamble, las cuales afectan directamente la resistencia interfacial [@ref12;@ref58;@ref57].
La reducción de la resistencia óhmica es fundamental para operar a mayores densidades de corriente y mejorar el desempeño global del electrolizador [@ref59,@ref60]. Diversos estudios han reportado que esta resistencia puede incrementarse por múltiples factores, entre ellos la formación de nanoburbujas en las interfaces electrodo–electrolito, el uso de distintos materiales y acabados superficiales que modifican la resistencia de contacto, así como variaciones en el nivel de compresión del ensamble, que afectan directamente la resistencia interfacial [@ref12,@ref58,@ref57].
En este contexto, el presente trabajo se orienta a evaluar el comportamiento de la resistencia eléctrica de una celda electroquímica a partir de curvas de polarización ($I$-$V$). Las variables eléctricas del sistema se adquieren mediante instrumentación de alta resolución, lo que permite registrar de manera confiable la respuesta del electrolizador bajo diferentes condiciones de excitación y analizar su comportamiento en el dominio del tiempo, sin requerir técnicas de caracterización más especializadas.
En este contexto, el presente trabajo busca evaluar el comportamiento de la resistencia eléctrica de una celda electroquímica a partir de las curvas de polarización ($I-V$). Los valores de las variables eléctricas del sistema son obtenidos por medio de dispositivos de alta resolución, lo que permite registrar con confiabilidad la respuesta del electrolizador ante diferentes condiciones de excitación y evaluar su comportamiento en el dominio del tiempo, sin requerir procedimientos de caracterización especializados como los asociados a la EIS.
La evolución de la resistencia a lo largo de las distintas etapas de operación puede constituir un indicador del estado de la celda electroquímica. Además, el análisis de las curvas permite identificar regiones de operación en las que el sistema presenta mayores pérdidas de eficiencia, asociadas a una mayor disipación de energía en forma de calor. De este modo, la metodología propuesta ofrece una alternativa de análisis más simple y accesible, sin comprometer la confiabilidad del estudio, y establece una base para el desarrollo de futuros métodos de monitoreo, control y optimización energética en celdas electroquímicas.
@here
La evolución de la resistencia a través de sus distintas etapas de operación puede indicar el estado en el que se encuentra la celda electroquímica. Además, la evaluación de las curvas puede dar indicios sobre dónde el sistema pierde eficiencia y la reacción comienza a comportarse de manera exotérmica, resultando en una disipación de energía en forma de calor. Esta evaluación permite desarrollar un análisis menos complejo sin comprometer la fiabilidad del estudio, así como sentar las bases para futuros métodos de control y optimización energética.
# Metodología
Para poder llevar acabo las mediciones y obtener las curvas de polarización, se construyo un electrolizador de agua alcalino de laboratorio con electrodos de acero inoxidable (*AISI 304*) y electrolito acuoso de hidróxido de sodio (*$NaOH, 1M$*). Para la medición de las variables de **voltaje** y **corriente**, la celda se instrumento con una fuente de voltaje CD programable y dispositivos de alta resolución para la toma de muestras de manera simultanea. El control de dichos dispositivos se realizo por medio de protocolos de comunicación *VISA* (comandos SCPPI), de esta manera se automatiza la toma de muestras reduciendo asi el error por manipulación manual.
Con el objetivo de garantizar una reproducibilidad del experimento se desarrolla una plataforma gráfica basada en python para: (i) configurar los puntos de prueba del barrido, (ii) adquirir y almacenar las variables eléctricas de manera automática y sistemática, y (iii) generar las curvas de tensión–corriente del sistema. También se incorpora un sensor de temperatura *PT1000* con el objetivo de monitorear la temperatura a la cual se encuentra el electrolito durante la operación del electrolizador.
Con el objetivo de garantizar una reproducibilidad del experimento se hace uso de una plataforma gráfica basada en python para: (i) configurar los puntos de prueba del barrido, (ii) adquirir y almacenar las variables eléctricas de manera automática y sistemática, y (iii) generar las curvas de tensión–corriente del sistema. También se incorpora un sensor de temperatura *PT1000* con el objetivo de monitorear la temperatura a la cual se encuentra el electrolito durante la operación del electrolizador.
La forma en como se llevo acabo la experimentación consistió en una sola ronda de prueba de 4 corridas o experimentos. Cada uno de estos experimentos se realizo una caracterización donde no se reemplazaron los electrodos y no se relleno de electrolito, esto con el objetivo de evaluar el efecto que tienen sobre las variables. A partir de los datos adquiridos, se calcularon los parametros eléctricos asociados a las curvas de polarización, asi como la resistencia eléctrica en cada punto de las curvas.
La forma en como se llevo acabo la experimentación consistió en una sola prueba o experimento. A partir de los datos adquiridos, se calcularon los parametros eléctricos asociados a las curvas de polarización, asi como la resistencia eléctrica en cada punto de las curvas.
La @fig:Met_gral muestra el diagrama general de la metodología implementada en el presente trabajo.
{#fig:Met_gral width=90%}
{#fig:Met_gral width=90%}
## Electrolizador
## Planta Experimental
Desde la perspectiva de identificación de sistemas, el electrolizador se modela como una planta experimental conformada por 3 partes: electrodos, electrolito y carcasa. Los electrodos constituyen la interfaz electroquímica encargada de inyectar la corriente en el medio acuoso (electrolito), estos al estar expuestos a las reacciones químicas derivadas de la ruptura de la molécula del agua ($H_2 O$), deben ser diseñados a partir de un material capaz de soportar la corrosión para mantener condiciones de operación estables.
Se opta por la implementación de un *Acero Inoxidable 304*, calibre $22$, con un espesor aproximado de $0.740 mm$ como material para el diseño de los electrodos. Cada electrodo tiene un superficie expuesta de $90mm^2$ y una dimension de $20mm x 93mm$, definidos por el diseño de la carcasa.
El electrolito empleado es una solución acuosa 1 M de hidróxido de sodio ($NaOH$) preparada con agua destilada, seleccionada para proporcionar una conductividad iónica suficiente y condiciones alcalinas estables durante las caracterizaciones.
La carcasa esta integrada por un recipiente de vidrio y un tapa impresa en 3D fabricada en *polipropileno*, con el objetivo de generar una compatibilidad química en el medio. El propósito de esta configuración es evitar que las pruebas se vean afectadas por algún agente externo a los componentes involucrados en la celda electroquímica, de esta manera aseguramos la reproducibilidad de los experimentos y la fiabilidad de los datos obtenidos.
## Instrumentos de medición
El sistema fue alimentado por medio de una fuente de voltaje de corriente directa *Agilent N5770A*, con una capacidad maxima de suministro de potencia de $1500W$. Para la medición del voltaje entre el cátodo y ánodo se implementa un multímetro de precision *Picotest M3500A* con una resolución de $10 µV$ ($10 \times 10^{−5}$). Mientras que para la medición de la corriente que circula a través de la celda se implementa el dispositivo *Tektronix DMM4040*, que cuenta con una resolución de $100 pA$ ($1\times 10^{−10}$). Este se encuentra conectado en la interfaz de conexión de la fuente de voltaje y el ánodo de la celda.
El material seleccionado para la manufactura de los electrodos es *Acero Inoxidable 304* y las dimensiones seleccionadas para el diseño de los electrodos son $20mm$ $x$ $93mm$, teniendo una area expuesta de $90mm^2$. Los electrodos estarán inmersos en un electrolito de solución acuosa de 1 M de hidróxido de sodio ($NaOH$), este al ser un elemento altamente corrosivo se opta por el diseño de una carcasa integrada por un recipiente de vidrio y una tapa impresa en 3D fabricada en *polipropileno*.
Ambos multimetros presentan una resolucion global de pantalla de $6\frac{1}{2}$ dígitos. La @fig:conex_inst muestra el diagrama de conexión de los instrumentos empleados en el sistema de medición.
La inyección de energía al electrolizador será por medio de una fuente de voltaje CD programable *Agilent N5770A* la cual cuenta con una capacidad máxima de potencia de $1500W$. Para la medición de las variables de *voltaje* y *corriente* se hace uso de dos multímetros de precisión, el primero un *Picotest M3500A* reservado para la medición del voltaje y el segundo un *Tektronix DM4040* parta la medición de corriente.
{#fig:conex_inst width=35%}
Todos los instrumentos empleados para la inyección de energía al sistema, así como la medición de las variables, cuentan con un protocolo de comunicación *VISA* (*Virtual Instrument Software Architecture*), la cual es una *API* (*Interfaz de Programación de Aplicaciones*) estandarizada para la comunicación con equipos de prueba mediante interfaces *USB* y *RS-232*. El control de estos dispositivos se llevo acabo a traves de una interfaz gráfica desarrollada en *Python*, la cual emplea la herramienta *NI-VISA* a traves del uso de la librería *PyVISA* para el envío de comandos *SCPI* (*Standard Commands for Programmable Instruments*), dichos comandos son las instrucciones necesarias para la configuración de dichos dispositivos y la extracción de las mediciones obtenidas así como la inyección precisa de energía en el sistema.
## Adquisición de datos
Todos los instrumentos empleados para la caracterización del sistema, cuentan con el protocolo de comunicación *VISA* (*Virtual Instrument Software Architecture*), la cual es una *API* (*Interfaz de Programación de Aplicaciones*) estandarizada para la comunicación con equipos de prueba mediante interfaces *USB* y *RS-232*. Para la gestión de esta comunicación se empleó *NI-VISA*, mientras que la librería *PyVISA* permitió el control de los instrumentos mediante el lenguaje de programación *Python* a través de comandos *SCPI* (*Standard Commands for Programmable Instruments*).
Para la visualización y control de dichos instrumentos se desarrollo una interfaz gráfica basada en *Python*, esto nos permitió tener un monitoreo mas exhaustivo del comportamiento de las variables a lo largo de las pruebas. La toma de muestras se tomaron de manera automática y se guardaron en una tabla, la cual se analizo posteriormente.
Dicha tabla incluye los siguientes campos:
- Número de muestra
- Voltaje inyectado
- Voltaje en los electrodos
- Corriente en los electrodos
- Corriente inyectada
- Resistencia eléctrica
- Temperatura
- Observaciones
Los datos obtenidos son almacenados y desplegados en tablas donde se muestran las siguientes variables: *No de Muestra*, *Voltaje Inyectado*, *Voltaje en los Electrodos*, *Corriente en los Electrodos*, *Corriente Inyectada*, *Resistencia Eléctrica*, *Temperatura* y *Observaciones*. Estas variables finalizar la experimentación serán procesada y seleccionadas para el despliegue en gráficas donde se podrá observar el comportamiento del sistema a través de todo el experimento.
## Protocolo de Experimentación
Para la caracterización del sistema se estableció una sola prueba de 4 experimentos. En cada experimento se busco replicar las mismas condiciones con el fin de buscar la repetibilidad del comportamiento de la celda electroquímica. No obstante, existen variables externas —principalmente la temperatura ambiente— que no pueden controlarse por completo, por lo que entre experimentos pueden presentarse variaciones térmicas ligeras.
Para la caracterización del sistema se estableció una sola prueba o ronda de 4 experimentos. En cada experimento se busco replicar las mismas condiciones con el fin de buscar la repetibilidad del comportamiento de la celda electroquímica. No obstante, existen variables externas -principalmente la temperatura ambiente— que no pueden controlarse por completo, por lo que entre experimentos pueden presentarse variaciones térmicas ligeras.
En cada experimento se utiliza el mismo par de electrodos y el mismo electrolito, con el objetivo de observar si el desgaste de estos componentes influye en el comportamiento de las variables eléctricas. Cada experimento sigue el siguiente procedimiento:
@ -109,71 +84,51 @@ En cada experimento se utiliza el mismo par de electrodos y el mismo electrolito
2. Se establece un tiempo de espera aproximado de 1 minuto entre cada incremento para permitir la estabilización de las mediciones.
3. Para cada punto se obtiene un promedio de cinco muestras por parámetro medido y se registra en la tabla.
Una vez concluida cada experimento, se obtiene una tabla de resultados como se muestra en @tbl:ejemp_tbl.
: Ejemplo de tabla al finalizar una ronda. {#tbl:ejemp_tbl}
| 1 | 2.5 V | 2.3 V | 0.12 A | 0.15 A | 20 Ω | 25 °C |
| 2 | 3.0 V | 2.8 V | 0.20 A | 0.22 A | 18 Ω | 27 °C |
| 3 | 3.5 V | 3.2 V | 0.25 A | 0.28 A | 15 Ω | 30 °C |
| … | … | … | … | … | … | … |
# Resultados
La @tbl:ejem_ronda muestra algunos de los datos obtenidos durante el *Experimento 1*.
:Tabla representativa de datos de la RONDA-A-20251121 del Experimento 1. {#tbl:ejem_ronda}
Una vez obtenidos los datos de los experimentos se procesan por medio de un algoritmo desarrollado en python y se organizan para realizar la comparación de la evolución de las variables a traves del desarrollo de los experimentos. La @fig:ve_ce muestra una gráfica comparativa de la evolución de la corriente en los electrodos a traves de 2 experimentos.
| 10 | 1.0 V | 0.969 V | 0.000210 A | 0.001 A | 4606.84 | 21.49 |
| 15 | 1.5 V | 1.470 V | 0.000309 A | 0.001 A | 4751.88 | 21.55 |
| 20 | 2.0 V | 1.969 V | 0.016564 A | 0.100 A | 118.91 | 21.67 |
| 25 | 2.5 V | 2.371 V | 0.430436 A | 0.870 A | 5.51 | 21.88 |
| 30 | 3.0 V | 2.724 V | 1.064797 A | 1.395 A | 2.56 | 22.41 |
| 35 | 3.5 V | 3.073 V | 1.761034 A | 2.07 A | 1.75 | 23.55 |
{#fig:ve_ce width=75%}
Una vez obtenidos los datos de los 4 experimento se procesan por medio de un algoritmo desarrollado en python y se organizan para realizar la comparación de la evolución de las variables a traves del desarrollo de los experimentos. La @fig:ve_ce muestra una gráfica comparativa de la evolución de la corriente en los electrodos a traves de los 4 experimentos.
En la @fig:ve_ce se identifican claramente cuatro zonas de operación diferenciadas mediante colores, las cuales representan las distintas etapas por las que atraviesa el sistema electroquímico conforme aumenta el voltaje aplicado a la celda. Estas zonas permiten describir el comportamiento eléctrico del electrolizador y facilitan la interpretación del proceso de generación de hidrógeno.
{#fig:ve_ce width=75%}
La *Zona 1*, denominada **No conducción**, corresponde al régimen en el cual aún no existe un flujo significativo de electrones entre el ánodo y el cátodo. En esta etapa la resistencia electroquímica del sistema es elevada y el potencial aplicado no es suficiente para superar la barrera energética necesaria para iniciar el transporte de carga a través del medio electrolítico. En consecuencia, la corriente medida permanece cercana a cero. Este comportamiento se observa aproximadamente en el intervalo de $0.1 V$ a $1.0 V$ de voltaje aplicado.
Como se puede observar en @fig:ve_ce hay 4 zonas marcadas de distinto color, cada una de estas refleja la etapa por la que cruzo el experimento. La *Zona 1* marcada como **No conducción**, es considerada como la zona donde aun no existe un flujo del electrones del ánodo hacia el cátodo, la resistencia electroquímica sigue siendo grande y el potencial inyectado en el medio aun no es lo suficientemente grande como para romper la barrera de conducción, los valores de voltaje inyectado en la celda es $0.1V$ a $1.0V$. La *Zona 2* que corresponde a la zona de **Conducción** es aquella donde la barrera se rompe y empieza a ver flujo de electrones del ánodo hacia el cátodo, las mediciones por parte de los instrumentos se estabilizan y se observan cambios graduales al momento de ir aumentando el potencial, los valores de voltaje inyectado en la celda es $1.1V$ a $1.8V$. Sin embargo, el potencial aun no es suficiente para comenzar la reacción química tal para poder separar la molécula de agua en sus elementos básico $H_2 O$. La *Zona 3* es la zona de **Generación** en dicha zona visualmente se observa la generación de gas en los electrodos (Hidrógeno en el cátodo y Oxigeno en el ánodo), los valores de voltaje inyectado en la celda es $1.9V$ a $4.5V$. La *Zona 4* la última denominada zona de **Saturación** es la zona donde el comportamiento de la reacción es de forma exotérmica, lo cual nos indica que la mayor parte de la energía es disipada en forma de calor, lo cual si no se cuida puede terminar en generación de vapor de agua lo cual disminuiría la calidad del Hidrógeno, los valores de voltaje inyectado en la celda es $4.5V$ teniendo como limite el valor máximo permitido por la fuente de voltaje.
Posteriormente se identifica la *Zona 2*, correspondiente al régimen de **Conducción**, donde el potencial aplicado comienza a superar la barrera de conducción del sistema. En esta región se inicia el flujo de electrones entre los electrodos y se observa un incremento gradual en la corriente medida. Las variables eléctricas presentan un comportamiento más estable conforme aumenta el voltaje aplicado; sin embargo, el potencial aún no es suficiente para activar de manera significativa la reacción electroquímica de descomposición del agua ($H_2O$). Este régimen se presenta aproximadamente en el intervalo de $1.1 V$ a $1.8 V$.
Partiendo de la división de las 4 distintas zonas se analiza el comportamiento de la resistencia electrica dentro de cada una de las zonas. En este caso se excluye la primera zona correspondiente a la zona de *No Conducción* esto debido que al no ver flujo de corriente el valor de la resistencia se considera de un valor muy grande. La @fig:res_condu muestra el comportamiento de la resistencia eléctrica dentro de la zona de *Conducción*.
La *Zona 3*, denominada **Generación**, corresponde al régimen donde se inicia el proceso de electrólisis del agua. En esta región se observa de manera visual la formación de gas en los electrodos, generándose hidrógeno en el cátodo y oxígeno en el ánodo. Desde el punto de vista eléctrico, el sistema presenta un comportamiento aproximadamente lineal entre el voltaje aplicado y la corriente medida, lo cual indica que el proceso electroquímico se encuentra operando en un régimen estable de generación. Este comportamiento se observa aproximadamente entre $1.9 V$ y $4.5 V$.
{#fig:res_condu width=75%}
Finalmente, la *Zona 4*, denominada **Saturación**, corresponde al régimen en el cual el sistema comienza a presentar un incremento significativo en la temperatura debido a la disipación de energía en forma de calor. En esta etapa el comportamiento del proceso se vuelve predominantemente exotérmico, lo cual indica que una fracción importante de la energía suministrada ya no se emplea únicamente en la reacción electroquímica, sino que se disipa térmicamente en el sistema. Si esta condición no se controla adecuadamente, puede conducir a la generación de vapor de agua, lo cual podría afectar la pureza del hidrógeno producido. Esta región inicia aproximadamente a partir de $4.5 V$, extendiéndose hasta el límite máximo de voltaje permitido por la fuente de alimentación utilizada durante el experimento.
Como se puede observar en la @fig:res_condu el valor inicial del *Experimento 1* es menor que los valores reportados en los *Experimentos 2,3 y 4*. Esto se debe a que en el primer experimento las condiciones iniciales son las ideales, donde los electrodos y el electrolito no tiene ningún uso. Sin embargo, conforme aumenta el valor del voltaje en los electrodos el valor de la resistencia en los 4 experimentos tiene un valor similar. En la @fig:res_gen se muestra la evolución de la resistencia en la zona de *Generación*.
El calculo de la resistencia eléctrica se basa en los valores obtenidos de las variables de *Voltaje en Electrodos (V)* y *Corriente en Electrodos (A)*, estos datos tienen un promediado de 5 muestras, las cuales son tomadas cada *100ms*. La [@eq:calc_res] es la empleada para el estimación del valor de la resistencia en cada punto del experimento.
{#fig:res_gen width=75%}
Al inicio de la gráfica de la @fig:res_gen se puede apreciar de nuevo una diferencia entre los valores del *Experimento 1* y los *Experimentos 2,3 y 4*, sin embargo, en este caso el valor es mayor contrario a lo observado en la @fig:res_condu. Conforme avanza el valor del voltaje en los electrodos el valor de la resistencia en los 4 experimentos tiene una tendencia a estabilizarse y tener un valor similar, se habla de que el sistema se esta comportando de manera endotérmica, donde la mayoria de la energía se esta aprovechando y no esta siendo disipada en forma de calor. La @fig:res_sat muestra la respuesta de la resistencia en la última zona, la cual corresponde a la zona de *Saturación*.
Partiendo de la división de las 4 distintas zonas, se analiza el comportamiento de la resistencia eléctrica dentro de la zona de saturación. La @fig:res_sat muestra el comportamiento de la resistencia del *Experimento 1* y *Experimento 2*
{#fig:res_sat width=75%}
{#fig:res_sat width=75%}
En esta zona de saturación se observa una diferencia clara entre los valores de resistencia correspondientes a los distintos experimentos, particularmente entre los *Experimentos 1 y 4*. Aunque todas las curvas presentan una tendencia decreciente de la resistencia aun dentro del régimen de saturación, existe un desplazamiento notable entre ellas. Este “desfase” no debe interpretarse únicamente como una variación puntual del valor de resistencia, sino como una modificación en la respuesta eléctrica global del sistema para un mismo nivel de energía inyectada.
En esta zona de saturación se observa una diferencia clara entre los valores de resistencia. Aunque las curvas presentan una tendencia decreciente de la resistencia aun dentro del régimen de saturación, existe un desplazamiento notable entre ellas. Este “desfase” no debe interpretarse únicamente como una variación puntual del valor de resistencia, sino como una modificación en la respuesta eléctrica global del sistema para un mismo nivel de energía inyectada.
Al comparar la curva del *Experimento 1* con las delos*Experimentos 2, 3 y 4*, se aprecia que, para un mismo voltaje aplicado, la caída de tensión en los electrodos es mayor. Sin embargo, esto no implica necesariamente un mejor flujo de corriente. Por el contrario, indica que una fracción significativa de la energía suministrada se está concentrando en forma de potencial eléctrico en los electrodos, en lugar de transformarse eficientemente en corriente que favorezca la separación de la molécula de agua.
Al comparar la curva del *Experimento 1* con la del *Experimentos 2*, se aprecia que, para un mismo voltaje aplicado, la caída de tensión en los electrodos es mayor. Sin embargo, esto no implica necesariamente un mejor flujo de corriente. Por el contrario, indica que una fracción significativa de la energía suministrada se está concentrando en forma de potencial eléctrico en los electrodos, en lugar de transformarse eficientemente en corriente que favorezca la separación de la molécula de agua.
Este comportamiento sugiere que el desgaste progresivo de los electrodos y las modificaciones en el electrolito influyen directamente en la distribución de la energía dentro del sistema. En consecuencia, el desplazamiento observado entre curvas refleja un cambio en el régimen de conducción eléctrica, donde el aumento de la caída de tensión no se traduce proporcionalmente en un incremento del flujo de corriente, evidenciando una alteración en la eficiencia electroquímica del proceso.
Como se menciono anteriormente la zona de saturación comprende el comportamiento del sistema donde la mayoría de la energía inyectada se disipa en forma de calor, lo cual se ve reflejado en el aumento de la temperatura dentro del sistema. Las @fig:res_temp muestran el comportamiento de la resistencia y la temperatura del *Experimento 1 y 4* en la transición de la Zona de *Generación* hacia la Zona de *Saturación*.
Como se menciono anteriormente la zona de saturación comprende el comportamiento del sistema donde la mayoría de la energía inyectada se disipa en forma de calor, lo cual se ve reflejado en el aumento de la temperatura dentro del sistema. Las @fig:res_temp muestran el comportamiento de la resistencia y la temperatura del *Experimento 1 y 2* en la transición de la Zona de *Generación* hacia la Zona de *Saturación*.
{#fig:res_temp width=100%}
{#fig:res_temp width=100%}
Como se observa en la @fig:res_temp, el *Experimento 1* presenta una disminución progresiva de la resistencia durante la transición de la zona de *Generación* hacia la zona de *Saturación*. Aunque la resistencia continúa decreciendo en este intervalo, los cambios son graduales y se acompañan de un incremento moderado de la temperatura. Esta relación sugiere que, dentro de este régimen, una fracción significativa de la energía eléctrica suministrada se está empleando efectivamente en el proceso electroquímico de separación del agua, y no se disipa predominantemente en forma de calor. En consecuencia, el sistema mantiene un comportamiento relativamente estable desde el punto de vista térmico y eléctrico.
En contraste, el *Experimento 4* exhibe un comportamiento distinto. Si bien la resistencia también muestra una tendencia decreciente en la zona de *Generación*, el aumento de la temperatura se manifiesta de manera más temprana y con una pendiente más pronunciada desde el inicio de dicha región. Este crecimiento térmico anticipado indica que una mayor proporción de la energía inyectada se está disipando como calor, lo cual sugiere un incremento en las pérdidas internas del sistema. En términos físicos, este comportamiento puede asociarse a un aumento de la contribución resistiva efectiva (ya sea por desgaste superficial de los electrodos, modificaciones en el electrolito o acumulación de burbujas en la interfaz) que altera la distribución energética y reduce la eficiencia electroquímica global del proceso.
En contraste, el *Experimento 2* exhibe un comportamiento distinto. Si bien la resistencia también muestra una tendencia decreciente en la zona de *Generación*, el aumento de la temperatura se manifiesta de manera más temprana y con una pendiente más pronunciada desde el inicio de dicha región. Este crecimiento térmico anticipado indica que una mayor proporción de la energía inyectada se está disipando como calor, lo cual sugiere un incremento en las pérdidas internas del sistema. En términos físicos, este comportamiento puede asociarse a un aumento de la contribución resistiva efectiva (ya sea por desgaste superficial de los electrodos, modificaciones en el electrolito o acumulación de burbujas en la interfaz) que altera la distribución energética y reduce la eficiencia electroquímica global del proceso.
Mario Guillermo Ponce Hernández
1 week ago
