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ESCUELA SUPERIOR FRANCISCANA ESPECIALIZADA ESFE/AGAPE

MÓDULO 21: DISEÑO DE FUENTES ALTERNAS DE ENERGIA ASESOR: ING. DOUGLAS OTTONIEL DÍAZ CARPIO “CELDA DE HIDROGENO” INTEGRANTES: CARLOS VLADIMIR SÁNCHEZ MENDOZA CARLOS ARTURO SÁNCHEZ RAMÌREZ EDGAR ANDRÉS MAYE GARCÌA RICARDO MAURICIO MAYÉN QUINTANILLA EDUARDO JOSUÉ SOTELO LÓPEZ EDWIN OSWALDO BENÌTEZ DE PAZ FECHA DE ENTREGA: MIERCOLES 5 DE JUNIO DE 2013


PÉRFIL DE PROYECTO La constitución de una celda de hidrogeno, es un elemento novedoso, el cuál proporcionara energía eléctrica por medio del hidrogeno y el aire del ambiente, por medio de un sistema llamado Electrolisis. Este proceso es por medio de de la separación del electrón que está presente en el hidrogeno el cual es conducido por placas de acero para su separación y posterior utilización.

ÁREA DEL PROYECTO Electroquímica

OBJETIVOS Objetivo General Construir y demostrar el funcionamiento de una celda de hidrogeno, para posterior uso de ella.

Objetivos Específicos

Conocer aplicaciones eléctricas de una celda de hidrogeno.

Implementar celdas de hidrogeno en áreas que sean de beneficio para la sociedad.

Conocer Pros y Contras de energía renovable que pueda poseer una celda de hidrogeno.


JUSTIFICACIÓN La creación y la posterior corroboración de los beneficios que otorga el uso de una celda de hidrogeno, serán de un aceptable de margen de utilización por parte de diferentes usuarios. Es por ello, como grupo votamos por la construcción de una celda de hidrogeno como fuente de energía renovable, ya que es un elemento muy útil y aparte de ello es muy versátil, ya que muestra efectos secundarios dañinos para con el medio ambiente.


VENTAJAS DE CELDAS DE HIDROGENO • Baja o nula contaminación • Alta eficiencia • Bajo coste (a largo plazo) • Permite cogeneración de electricidad y calor. • Producción de energía descentralizada. • Intrínsecamente limpia utilizando hidrógeno renovable. • Fácil de integrar con energías renovables

DESVENTAJAS DE CELDAS DE HIDROGENO • Coste • Fiabilidad • Vida útil APLICACIONES •

Estacionarias

Residencial

Transporte

Potencia Portátil

Rellenos Sanitarios/Tratamiento de Aguas


PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

En principio, una celda de combustible opera como una batería. Genera electricidad combinando hidrógeno y oxígeno electroquímicamente sin ninguna combustión. A diferencia de las baterías, una celda de combustible no se agota ni requiere recarga. Producirá energía en forma de electricidad y calor mientras se le provea de combustible. El único subproducto que se genera es agua 100% pura. Una celda de combustible consiste en dos electrodos separados por un electrólito. Oxígeno pasa sobre un electrodo e hidrógeno sobre el otro. Cuando el hidrógeno es ionizado pierde un electrón y al ocurrir esto ambos (hidrógeno y electrón) toman diferentes caminos hacia el segundo electrodo. El hidrógeno migra hacia el otro electrodo a través del electrólito mientras que el electrón lo hace a través de un material conductor. Este proceso producirá agua, corriente eléctrica y calor útil. Para generar cantidades utilizables de corriente las celdas de combustibles son "amontonadas" en un emparedado de varias capas. Las celdas de combustible son una familia de tecnologías que usan diferentes electrólitos y que operan a diferentes temperaturas. Cada miembro de esa familia tiende a ser más apropiada para ciertas aplicaciones. Por ejemplo, las celdas de combustible de membrana eléctrica polimérica han demostrado ser apropiadas para su aplicación en autos, mientras que las celdas de combustible de carbonatos fundidos parecen ser más apropiadas para uso con turbinas a gas.


PASOS BÁSICOS PARA SU INSTALACIÓN

PASO 1: verificar que todos los elementos necesarios estén presentes. PASO 2: tener todos los instrumentos a disposición. Paso 3: probar carga de la batería Paso 4: conectar entre si los recipientes contenedores de gas, agua (suministradora de oxigeno) y el recipiente contenedor de la celda PASO 5: verificar que la celda esté debidamente conectada a los conductores. PASO 6: colocar la celda en su debido recipiente


PASOS BÁSICOS PARA SU USO

PASO 1: verificar que todo esté debidamente instalado PASO 2: verificar que los recipientes contenedores no presenten fugas. PASO 3: agregar agua desmineralizada PASO 4: agregar un 20% de soda caustica correspondiente al 100% de agua (agregado en paso 3) PASO 5: conectar los conductores de la celda a la batería. PASO 6: dar un funcionamiento intermitente a la celda, debido al amperaje producido en la reacción. PASO 7: hacer una espera prolongada para que la masa de hidrogeno sea la suficiente para realizar una combustión continua.


PASOS BÁSICOS PARA SU MANTENIMIENTO.

Para el caso de una celda de hidrogeno solo necesita dos clases de mantenimiento correctivo y preventivo.

MANTENIMIENTO PREVENTIVO:

PASO 1: realizar una inspección completa del sistema por presencia de fuga. PASO 2: realizar una inspección a las láminas de la celda por dilatación de la misma.

MANTENIMIENTO CORRECTIVO:

PASO 1: en caso de presencia de fugas se tendrá que realizar un cambio del recipiente dañado. PASO 2: en caso de que las láminas se dilaten se tendrá que realizar un cambio completo de las láminas de la celda.


ESPECIFICACIONES TÉCNICAS. LISTA DE MATERIALES

Lámina de acero inoxidable 1mx1m de 30mm de espesor.

Manguera de vinil reforzado de ¼”.

Válvula de paso libre de ½”.

Recipiente hermético transparente de plástico de 50cm de altura por 30cm de ancho y largo.

Soda caustica.

Agua desmineralizada.

Pegamento plástico (Poxipol).

Adaptador para tubería con rosca externa de ½” con salida ¼”.

Goma EVA.

Acrílico.


DESCRIPCIÓN DE LOS MATERIALES La principal acción de los elementos que constituyen la creación de una celda de hidrogeno es: de la lámina de acero se construirán una serie de pequeñas placas de las cuales estarán debidamente separadas por una goma eva, estos a su vez con una placa externa de acrílico que proporcionara la función hermética que necesita la celda de hidrogeno. El agua desmineralizada en conjunto con un 2% de soda caustica reaccionara al entrar en contacto con la celda de hidrogeno que deberá ser sumergida en el agua desmineralizada, siendo así la obtención del valioso hidrogeno. Para el control y manejo del hidrogeno se utilizaran la manguera de vinil para su transporte, el recipiente plástico hermético para su almacenaje y la válvula de paso libre se utilizara para liberar un poco de hidrogeno y demostrar por medio de reacción térmica su obtención. Celda de 9 placas de configuración - NNN + NNN - , las placas son de 5,5 cm x 7,5 cm de acero inoxidable 316 de 0,8 mm de espesor separadas con tiritas de goma eva o trozos de precintos plásticos, para que ya ensambladas tengan una separación de 1,5 mm entre placas. El voltaje trabajando es de 11 voltios y 10.8 amperios con una producción de hidróxido de 0.275 lts. Por minuto v, después de levantar algo de temperatura el electrolito, el voltaje se establece en 10.6 voltios y el amperaje sube a 13,4 amperios llegando a producir 0.310 lts por minuto. En este punto el rendimiento es de 2.18 centímetros cúbicos por vatio. El electrolito es agua destilada con el 2 % de soda caustica. Tiene muy buen rendimiento a pesar de su tamaño compacto. Esta celda debe ser manipulada por personas mayores de edad y "responsables", ya que el hidrogeno es altamente inflamable y explosivo.


PROCEDIMIENTOS A SEGUIR PARA LA CONSTRUCCION DE UNA CELDA DE HIDROGENO.

PASO 1: Obtener todos los materiales a utilizar (laminas de acero inoxidable, agua desmineralizada, recipientes). PASO 2: obtenida la lamina de acero inoxidable proceder a cortar las laminas de 7cm por 5cm (repetir este procedimiento hasta tener 6 laminas iguales). PASÓ 3: cortar otras 3 láminas de 6cm por 5cm pero dejando una pestaña extra en la lámina de 1cm x 2cm para la conexión de la b atería (repetir este procedimiento hasta tener 3 láminas iguales). PASO 4: Obtenido el acrílico proceder a cortar las placas de 10cm x 10 cm. (repetir este procedimiento hasta tener 2 placas iguales). PASO 5: cortar tiras de hule para el aislamiento de las laminas 1cmx6cm. (2 por división). PASO 6: perforar con un taladro 1 agujero en los cuatro extremos de las 2 placas de acrílico. PASO 7: perforar las 3 láminas de acero inoxidable con pestaña adicional. PASO 8: soldar la primera y última lamina con pestaña mediante un conductor y adherir con soldadura un conductor a ellas, lo suficientemente largo como para que logre salir del recipiente y poderse conectar a la batería PASO 9: soldar un conductor a la lámina con pestaña que está en el centro y que el conductor que sea lo suficientemente largo como para que logre salir del recipiente y poderse conectar a la batería


PASO 10: unir las láminas y placas en el siguiente orden: Placa de acrílico Lamina con pestaña 3 Laminas Lamina con pestaña 3 Laminas Lamina con pestaña Placa de acrílico Siempre haciendo la división entre cada placa y/o lamina con el hule (previamente cortado). PASO 11: Acoplar las mangueras a los recipientes contenedores (agua, hidrogeno y celda verificando que no queden fugas). PASO 12: Introducir al recipiente la celda Sellar cualquier orificio con epoximil


Esquema de conexi贸n


ESQUEMA GRテ:ICO



presentación final