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Proyecto generador de hidr처geno nombre: Luciano Vargas curso: 3째D N째L: 41


INTRODUCCIÓN El proyecto del hidro generador o generador de hidrogeno constituye un reto tecnológico que está demostrando la viabilidad técnica y económica de la producción de hidrógeno a partir de una fuente inagotable, limpia y de alta disponibilidad en nuestro país como lo es el agua , ya que el único residuo que deja este combustible, es vapor de agua y este vapor retorna al ambiente o a la atmósfera volviendo a lo que conocemos como ciclo del agua Además contribuye a la implantación del hidrógeno en el sector del transporte mediante el diseño de una estación de servicio (hidrogenera) que dispensará hidrógeno a un vehículo comercial, adecuadamente preparado, para ser propulsado por hidrógeno El hidrógeno renovable producido se adecuará mediante los sistemas e instalaciones de control, transporte y almacenamiento de modo que se dispense en una estación de servicio (hidrogenera) para vehículos eléctricos que tengan la capacidad de propulsarse mediante este gas. La sustitución del sistema de propulsión convencional de un vehículo comercial por un nuevo sistema de potencia compuesto principalmente por una pila de combustible de polímero sólido pretende asegurar el mismo nivel de prestaciones del vehículo por lo que implica un amplio desarrollo de sistemas, adecuación de materiales, estudios de seguridad, etc. El proyecto del generador de hidrogeno ambiciona ser un punto de inflexión en el desarrollo del hidrógeno como combustible real y tangible, y de las pilas de combustible como elementos fiables, eficientes e industrializados y ser el incapie para la generación de automoviles propulcionados por el hidrogeno


¿que es el hidrógeno? El hidrógeno es un elemento químico representado por el símbolo H y con un número atómico de 1. En condiciones normales de presión y temperatura, es un gas diatómico (H2) incoloro, inodoro, insípido, no metálico y altamente inflamable. Con una masa atómica de 1,00794, el hidrógeno es el elemento químico más ligero y es, también, el elemento más abundante, constituyendo aproximadamente el 75% de la materia visible del universo. En su ciclo principal, las estrellas están compuestas por hidrógeno en estado de plasma. El hidrógeno elemental es muy escaso en la Tierra y es producido industrialmente a partir de hidrocarburos como, por ejemplo, el metano. La mayor parte del hidrógeno elemental se obtiene "in situ", es decir, en el lugar y


en el momento en el que se necesita. El hidrógeno puede obtenerse a partir del agua por un proceso de electrólisis, pero resulta un método mucho más caro que la obtención a partir del gas natural. Sus principales aplicaciones industriales son el refinado de combustibles fósiles (por ejemplo, el hidrocracking) y la producción de amoníaco (usado principalmente para fertilizantes). El isótopo del hidrógeno más común en la naturaleza, conocido como protio (término muy poco usado), tiene un solo protón y ningún neutrón. En los compuestos iónicos, el hidrógeno puede adquirir carga positiva (convirtiéndose en un catión llamado hidrón, H+, compuesto únicamente por un protón, a veces acompañado de algún neutrón); o carga negativa (convirtiéndose en un anión conocido como hidruro, H-). El hidrógeno puede formar compuestos con la mayoría de los elementos y está presente en el agua y en la mayoría de los compuestos orgánicos. Desempeña un papel particularmente importante en la química ácido - base, en la que muchas reacciones conllevan el intercambio de protones (iones hidrógeno, H+) entre moléculas solubles. Puesto que es el único átomo neutro para el cual la ecuación de Schrödinger puede ser resuelta analíticamente, el estudio de la energía y del enlace del átomo de hidrógeno ha sido fundamental para el desarrollo de la mecánica cuántica.

hidrógeno como energía El hidrógeno es el elemento más abundante del universo, suponiendo más del 75% en masa y más del 90% en número de átomos. Este elemento se encuentra en abundancia en las estrellas y los planetas gaseosos gigantes. Las nubes moleculares de H2 están asociadas a la formación de las estrellas. El hidrógeno también juega un papel fundamental como combustible de las estrellas por medio de las reacciones de fusión nuclear entre núcleos de hidrógeno. El hidrógeno es el elemento más simple y más abundante del universo. Se puede hallar mucho hidrógeno en su estado natural. El hidrógeno es fuente de energía alternativa.


Imagen: soschilds Es el elemento más abundante del universo porque el 90% de la materia está constituida por hidrógeno. Con frecuencia, se lo encuentra combinado con otros elementos en la composición del agua (H2O) y de otros elementos orgánicos. Es inodoro, incoloro e insípido en su forma natural no gaseosa. No es tóxico y se lo puede respirar sin peligro. Es extremadamente liviano, y sube rápidamente de la superficie de la Tierra a la atmósfera. ¿Y qué es la energía del hidrógeno? La energía del hidrógeno es una fuente de energía alternativa que puede utilizarse en lugar del carbón o del petróleo. ¿Cómo transformar este elemento de energía? El hidrógeno puede transformarse gracias a una tecnología similar a la utilizada para la fabricación de las pilas. Hay muchas fuentes diferentes de energías. Las pilas de combustible tranforman la energía química en energía eléctrica mediante una reacción electroquímica. Las pilas de combustible necesitan un suministro de hidrógeno y de aire para producir electricidad. El hidrógeno y el oxígeno penetran en la célula que produce la reacción electroquímica. De este modo se libera la electricidad, el calor y el agua(H2O).


Esto significa que la energía del hidrógeno es una fuente de energía viable, que no contamina el planeta como pueden llegar a hacerlo los combustibles fósiles y la biomasa. Estos otros combustibles están basados en el carbono. Sin embargo, cuando se queman, el dióxido de carbono y monóxido de carbono se liberan en la atmósfera. Cuando el hidrógeno se quema, se combina con el oxígeno en el aire para difuminarse en el agua. La energía del hidrógeno se recicla porque su vía de escape es el agua. ¿Qué elementos componen el agua? ¡Oxígeno e hidrógeno!

Generador de Hidrógeno Hart 250 El hidrógeno es el elemento más simple de todos los conocidos, y el más abundante del universo. Es una de las expresiones más básicas de la materia tal como la conocemos. En la naturaleza, no se encuentra en estado libre, sino que forma parte de otros compuestos como los hidrocarburos (CxHy), el agua (H2O) o el amoniaco (NH3), entre muchos otros. Es un elemento muy reactivo que puede liberar gran cantidad de energía cuando se combina con otros elementos para formar compuestos, lo que lo hace adecuado para ser utilizado como vector energético. www.hydrogenworks.es Uno de los mayores atractivos del hidrógeno como vector energético es su perfecta integración en el ciclo del agua de nuestro planeta. El hidrógeno puede obtenerse por electrólisis de agua, separando los átomos de hidrógeno y oxígeno. Para ello son necesarias energía eléctrica, agua y un dispositivo de electrólisis. El hidrógeno obtenido se reserva como vector energético y el oxígeno puede emitirse a la atmósfera o envasares para otras aplicaciones. Cuando, posteriormente, se utiliza el hidrógeno para obtener energía, combinándolo con oxígeno tanto a través de reacciones de combustión, como en otras más innovadoras


de tipo electroquímico, no se producen emisiones de productos contaminantes, sino que el subproducto que se obtiene es, de nuevo, agua. Agua, que se integra de forma natural e inocua en la dinámica de este elemento en la Tierra, y de la que se puede obtener hidrógeno una y otra vez. Si somos capaces de integrar en este ciclo la energía eléctrica procedente de fuentes renovables, como la solar fotovoltaica, la mareo motriz, o la eólica, dispondremos de un vector energético inagotable, limpio, abundante, y apenas sin impacto ambiental. El hecho de que 3/4 partes de la superficie terrestre sean agua, garantiza un elevado grado de distribución en el planeta, eliminando las fuertes dependencias energéticas existentes entre unas zonas y otras, aumentando la seguridad y el potencial de desarrollo de las poblaciones. El hidrógeno puede utilizarse como combustible para los motores de los vehículos actuales, o para alimentar las turbinas que se utilizan en aviación, o las utilizadas en las centrales de ciclo combinado para producir electricidad. También puede usarse como combustible para calderas, quemadores y otras aplicaciones térmicas. Es un vector energético que puede integrarse rápidamente con las tecnologías que actualmente utilizamos para obtener calor, electricidad y transporte. En HydrogenWorks creemos en el hidrógeno como vector energético. Por ello, dedicamos nuestro esfuerzo al desarrollo y a la fabricación de equipos de generación de hidrógeno por electrólisis de agua. Trabajamos con la tecnología más avanzada y con mayor potencial de desarrollo, que es la tecnología de electrólito polimétrico de estado sólido o PEM. Nuestro objetivo es ser el fabricante de los mejores equipos de producción de hidrógeno en términos de seguridad, eficiencia,robustez, fiabilidad y prestaciones. Nuestro compromiso es ya una realidad, materializada en nuestra gama comercial de electrolizadores PEM, capaces de producir hidrógeno de forma eficiente,económica y con total seguridad.

Generadores de Hidrógeno para automóviles.


A menos que a usted lo hayan despachado del planeta Zorg, deberá estar advertido que el cambio climático es ahora considerado un asunto que pesa sobre la humanidad para su futuro. También deberá estar anoticiado sobre la conveniencia de apagar las luces, usar bulbos de bajo consumo, no dejar sus equipos electrónicos en standby y así por el estilo. Si tiene un poco de conciencia, entonces seguramente está haciendo algunas de estas cosas y pasará a hacer más. Individual mente, acciones como esta son una gota en el océano pero colectivamente pueden hacer una real diferencia. Lo mismo aplica a los generadores de Hidrógeno para automóviles. Teniendo en cuenta la transportación personal, si podemos usar menos el auto y andar más en bicicleta o usar el transporte público cuando resulte apropiado, entonces eso puede hacer una diferencia también. Pero cuando usamos nuestro automóvil, debemos ser lo más económicos posible. Todos no podemos reemplazar nuestro coche a gasolina por un nuevo auto híbrido, entonces ¿Qué podríamos hacer? Créalo o no, hay una tecnología relativa mente simple que puede doblar el rendimiento de recorrido en algunos casos. Así por lo menos se afirma. Es una forma de "Haga Hidrógeno usted mismo para usar en su automóvil". No hay dudas de que este tipo de tecnología de una forma u otra se encontrará bajo el capó de cada nuevo coche en los próximos años. Pero si usted pone manos en el asunto y con la ayuda de unas simples herramientas siguiendo algunas instrucciones, entonces por menos de 100 dólares puede instalar un sistema que generará Hidrógeno y lo inyectará en su motor durante la combustión. Puede ser que no logre doblar el rendimiento pero va a mejorar en margen decente el rendimiento.

GENERADOR DE HIDRÓGENO POR ELECTRÓLISIS. El Laboratorio de Energía Alternativa de la Universidad de Antioquia desarrolló un


generador de hidrógeno por electrólisis del agua, el cual es un punto de partida muy importante para el desarrollo de esta tecnología en nuestro medio y contribuir así en la producción de energía por métodos no convencionales que aportan para el desarrollo de nuestra sociedad. El generador tiene una producion de 8.32 Lts/h H2 y una eficiencia del 64.83%. En la figura 1 se muestra un esquema del generador de hidrógeno.

Figura 1 . Generador de Hidrógeno. Este generador esta compuesto de 6 celdas electrolíticas fabricadas en forma modular con el fin de facilitar el montaje y desmontaje en la investigación de nuevos materiales para diafragmas, electrodos y cantidad de celdas para determinar la eficiencia del sistema. Cada celda cuenta con las siguientes partes: Diafragmas para la micro filtración de gases que consistió en una película de teflon con poros de 0.5mm, laminada sobre sobre un soporte de polipropileno. Estos diafragmas deben cumplir con tres exigencias principales: ● Permeables para iones de H3O+ y OH● Impermeables para H2 y O2. ● Resistentes contra el electrólito en condiciones de temperatura y presiones elevadas. Diafragma juega un papel importante en las celdas de electrólisis en vista de: ● Una alta pureza de los gases producidos. ● El rendimiento total del generador de hidrógeno. ● Empaques con el fin de facilitar el sello mecánico de las celdas. La figura 2 muestra la conflagración de una celda demostrativa.


Figura 2. Celda Demostrativa Además de las celdas el generador cuenta con los siguientes componentes: Dos filtros de acero inoxidable, cada uno de ø 3 .5" x 8" de altura, con el fin de retener residuos de vapor de KOH. En la salida de los filtros se conecta manguera de teflon, válvulas de cheque y finalmente los tanques de almacenamiento. Los tanques de almacenamiento se fabricaron en acero inoxidable de ø8"x16" de altura (tanque H2) y ø8"x 8" de altura (tanque O2) . Los tanques tienen los siguientes accesorios: a) Válvulas de cheque en la entrada, dispositivo de seguridad para evitar retrollamas b) Manómetros tipo Bourdon de 0-60psi c) Válvulas de salida. El generador además cuenta con otros pequeños accesorios que permiten la conexión de las celdas electrolíticas. Estos son: 12m. de manguera de HDPE 0.25 " 120psi, 2 válvulas 0.25" NPT H-H, varios acoples 0.25 " NPT, válvulas de aguja. El medio electrolítico que es utilizado en el generador es una solución de KOH, los electrodos que se utilizaron fueron de níquel y la energía requerida para la electrólisis del agua es suministrada por un sistema de paneles fotolvoltaicos que posee el laboratorio en sus instalaciones. Este sistema hace que el laboratorio sea autónomo e independiente de la red de interconexión eléctrica. la figura 3 muestra el sistema de suministro de energía empleado.


El hidrógeno producido por el generador es consumido por un quemador diseñado y fabricado en el laboratorio para tal fin .

LINK DONDE SAQUE LA INFORMACIÓN

ingenieria.udea.edu.co/investigacion/gea/gen.html

Generador de hidrógeno CASERO


HIDRÓGENO

Es el primer elemento de la tabla periódica, es un elemento gaseoso reactivo, insípido e incoloro, es el elemento más ligero y más abundante (el 75 % del universo) el compuesto más abundante en hidrógeno es el agua Es reconocido como vector energético (portador de energía), y como una solución de futuro contra la crisis energética Ventajas -el hidrógeno tiene más alto contenido energético por unidad de peso que cualquier otro combustible -en un solo litro de agua hay más de 6000 litros de gas hidrógeno -su molécula es la más pequeña y la más ligera, se dispersa rápidamente en el aire -tiene altas eficiencias en motores de combustión interna Inconvenientes -su almacenaje y distribución supone un gran coste, se solucionaría produciendo el hidrógeno en el sitio donde se consume GENERADOR DE HIDRÓGENO y OXIGENO POR ELECTRÓLISIS La electrólisis es un proceso electroquímico en el cual a partir de agua y electricidad se obtiene hidrógeno y oxígeno, de manera totalmente limpia , sin ninguna emisión ni


contaminación, la electrólisis se da en un electrólito (solución acuosa ) a base de agua destilada, que permite la transferencia de iones entre los electrodos pero no el paso de electrones es dieléctrico, más un catalizador que es la sustancia química que facilita o provoca una reacción química, no se consume durante la reacción , en este caso el catalizador es sosa cáustica 2h2o electricidad = 2h2 o2 El poder calorífico de 1 kg de hidrógeno equivale casi a 3 kg de gasolina Pero aumenta al combinar el hidrógeno con el oxigeno se consiguen mezclas con mayor poder explosivo, como ya usan en la tecnología espacial para sus transbordadores, junto con el peróxido de hidrógeno para los cohetes lanzadera (agua oxigenada concentrada hasta 100 volúmenes, diez veces más que la que usamos en casa), siendo el combustible más potente que existe El funcionamiento del generador es el siguiente Una corriente eléctrica atraviesa el electrólito disociando el enlace químico del agua, se generan un ion positivo y otro negativo que atraviesa el electrólito es direcciones contrarias Hacia el cátodo (positivo) y el ánodo negativo, en el cátodo se reducen los iones positivos y los negativos se oxidan en el ánodo formándose moléculas de gas El voltaje mínimo para la disociación del agua es de 1,5 voltios de corriente continua, nunca alterna Este generador consume entre 1,5 y 2,5 amperios a un voltaje de 12v, como el de la batería de un coche, sin suponer un trabajo extra para la batería o el alternador, funcionado a baja temperatura hasta 70 grados, sin partes móviles y totalmente silenciosos

TEMA: MOTORES DE HIDROGENO APLICACIÓN EN MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Estos motores son maquinas termodinámicas directas que convierten la energía térmica de un combustible en energía mecánica a través de la combustión en un cilindro que mueve el pistón para generar potencia mecánica y eléctrica a través de un alternador Si añadimos el gas producido por el generador a la cámara de combustión a través


de la entrada de aire después del filtro, el gas se combina rápidamente con el aire formando mezclas uniformes consiguiendo una mezcla de al menos el 5% de gas con el aire, obtendremos: -reacción de combustión más completa, la gasolina no se quema en su totalidad y no se aprovecha ni el 40% de su potencial, al añadir el gas se mejora este porcentaje y se quema mas combustible -mayor economía del combustible, con el mismo pedal de gas obtenemos más potencia al reducir las revoluciones para circular a la velocidad deseada reducimos el consumo - menor temperatura final de combustión, la velocidad de la llama es muy elevada permitiendo que el motor se acerque más a su ciclo termo dinámico ideal -reducción de la emisiones de oxido de nitrógeno y otras sustancias nocivas, en la combustión se produce un vapor super calentado que limpia las acumulaciones de carbono en los cilindros y escape El generador está listo para funcionar sin necesidad de molificaciones en la inyección o en la programación de la centralita que controla el encendido, aunque estos pueden ser modificados si se poseen los conocimientos adecuados para obtener mejores resultados Al trabajar con una mezcla pobre en hidrógeno no se dan los perjuicios asociados al hidrógeno como ductilidad y fragilizacion de las estructuras metálicas, ni retroceso de la llama por la velocidad de auto ignición del gas, tampoco es un problema la recombinación del hidrógeno y oxigeno en agua dentro del motor, este proceso es extremadamente lento y solo se produce en la combustión siendo rápidamente absorbido en forma de vapor de agua por el sistema de escape El gas no se almacena se produce solo para ser consumido inmediatamente, así que no existe riesgo alguno de explosión, en caso de accidente se derramaría el liquido al suelo y el generador dejaría de funcionar, el hidrógeno tiene alta difusividad y es 16 veces menos denso que el aire, desaparecerá rápidamente hacia arriba combinándose rápidamente con el aire

MOTORES GASOLINA En los motores gasolina ,puede obtenerse un mejor resultado , si se coloca un regulador para el sensor map o maf , para poder operar con mezclas subestequiometricas (mezclas pobres en gasolina ), se busca un vaciado del combustible y un mayor porcentaje de aire e hidrógeno en la combustión , también puede hacerse esto con la sonda lambda ,que analiza los gases de escape y el


porcentaje de oxigeno que se expulsa al exterior, al regular este sensor se permite también el trabajo con mezclas pobres No se recomienda tocar los sensores, si no se tienen conocimientos sobre ello, una incorrecta manipulación de los sensores, podría provocar que el coche se parara si se empobrece demasiado la mezcla

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Motor a hidrógeno Motor Wankel Existen dos tipos básicos de motor de combustión que emplean hidrógeno como combustible. El primero y más importante es el motor de combustión de hidrógeno de cuatro tiempos, que es en esencia un motor típico de combustión interna, y el segundo se trata del motor Wankel. Motor Wankel


Este tipo de motor rotativo parece dar buenos resultados al emplear hidrógeno como combustible, según lo atestiguan ensayos realizados con dinamómetro y una vez resueltos los problemas que presentaba en lo que a estanqueidad se refiere. Estos buenos resultados se deben a la configuración de este motor, el cual minimiza las dificultades de combustión que se dan en otros tipos de motores. El motor rotativo no suele dar problemas de autoencendido pues, tal y como se puede apreciar en la fotografía del motor, la cámara de combustión presenta una geometría adecuada para la combustión del hidrógeno, o sea, presenta una relación volumen/superficie muy elevada. De todos modos, suponiendo que los gases de escape fueran responsables del autoencendido, tampoco plantearían problemas en el motor Wankel ya que, cuando los gases frescos entran, la cámara ya se encuentra vacía y los gases de escape se encuentran lejos. En el motor Wankel es posible el aprovechamiento de la alta


temperatura de ignición del hidrógeno. Se está investigando la posibilidad de incluir agua pulverizada en la mezcla de entrada, la cual se evapora al quemarse el hidrógeno llegando a ejercer presiones muy altas de forma elástica, a diferencia de lo que ocurre en el pistón, en el cual se da una detonación. Actualmente se está tratando de conseguir que la mayor parte de la potencia se deba a la acción del vapor de agua y no al hidrógeno. Otra ventaja más de este motor radica en su relación potencia/ peso, este motor desarrolla una alta potencia en comparación con su tamaño lo que permite tener un sistema motriz de alta potencia sin emisiones y de reducido tamaño. La compañía Reg Technologies ha conseguido una relación potencia/peso cerca de los 0,34 kg por caballo 9 de potencia, una cantidad ínfima comparada con los 2,72 kg/CV que presenta el motor de émbolo No obstante, el motor Wankel no está libre de defectos pues presenta un problema en lo que a lubricación se refiere. El aceite empleado en la lubricación de los sellos se encuentra en contacto con la mezcla de combustible y aire, con lo que, al producirse la combustión, no sólo se quemará el hidrógeno sino que además lo hará el aceite. En realidad este hecho constituye dos problemas, el primero es la desaparición del lubricante con lo que el consumo del mismo aumentará, mientras que el segundo afectará a las emisiones del motor. El aceite, al ser quemado, producirá CO2 además de otros contaminantes como pueden ser los sulfuros, NOx, etc. Lo cual ha provocado que los automóviles con motor rotativo no lleguen a ser considerados Z. E. V., es decir, de emisión cero. Además esta clase de motor no posee la característica de los motores de pistón de actuar como freno, comúnmente llamado freno motor. Otro problema, que aún hoy no ha sido resuelto del todo, es el denominado dieseling. El dieseling se produce a causa de la precisión del punto de


combustión pues, en caso de retrasarse un poco, puede ocurrir que la combustión comience antes de que el rotor gire por sí mismo. En este caso, que se suele dar cuando la velocidad es baja, la explosión empuja al rotor en sentido contrario al ciclo de rotación y cabe esperar daños en el motor. A pesar de todo, la compañía Mazda ha desarrollado varios modelos de coche que cuentan con este tipo de motor desde los años 70 y que, según la propia compañía, ofrecen unas prestaciones casi iguales que la de los motores de cuatro tiempos convencionales. No obstante, en la década de los 70 la tecnología no estaba lo suficientemente desarrollada como para que los motores Wankel fuesen equiparables a los de pistón. Durantes estos años la compañía japonesa ha adaptado algunos modelos de forma que empleen hidrógeno como combustible. Dichos modelos son el HR-X1, HR-X2, y el MX-5 .

Motor de cuatro tiempos


El diseño de este motor es básicamente el mismo que el de un motor a gasolina, es decir, un motor que sigue el ciclo Otto, con sus pistones, válvulas y demás sistemas. Esta clase de motores permiten aprovechar las especiales características que presenta el hidrógeno como combustible, a saber: - Alta velocidad de llama en flujo laminar. - Alto número de octanos efectivo - Ninguna toxicidad y no llega a formar ozono Por esto, con un adecuado diseño podemos conseguir un motor con un rendimiento energético mayor que el equivalente en gasolina y totalmente ecológico. El alto número de octanos permite elevar la relación de compresión que redundará en un aumento del rendimiento energético, mientras que la alta velocidad de llama en flujo laminar contribuye a la reducción de las emisiones de NOx, pues es posible emplear dosados muy bajos, tan bajos que han llegado al 0,2. Gracias a esta posibilidad se puede aumentar también el rendimiento. Con todo esto se han conseguido aumentos del rendimiento del 25-30% con respecto a los motores equivalentes en gasolina. El motor de hidrógeno se ha convertido en una de las alternativas más comentadas para los nuevos vehículos no contaminantes. El hidrógeno posee más potencia en relación energía/ peso que cualquier otro combustible, y además produce


poca o ninguna contaminación, ya que sólo libera vapor de agua en su combustión. Casi todos los grandes fabricantes están trabajando en nuevos modelos que incluyen motor de hidrógeno (Honda FCX, BMW 745H, Nissan X-Trail FCV, Toyota HighLander FCHV, Opel Zafira Hydrogen 3 o Mercedes Clase B Fuel Cell). La mayoría de ellos siguen un esquema similar. El motor eléctrico situado debajo del capó, recibe la alimentación desde las células de combustible, que generan electricidad al mezclar el hidrógeno que contiene el depósito de combustible y el oxígeno del aire. El único residuo que genera esta reacción es vapor de agua.

Una celda o célula de combustible es un generador que se basa en procesos químicos para producir energía al combinar el hidrógeno y el oxígeno. La célula de combustible produce corriente eléctrica como una batería, pero al contrario que ésta, nunca se descarga mientras se disponga de combustible en el depósito de hidrógeno.Una célula de combustible es silenciosa,


limpia y eficiente, por lo que nos olvidaremos para siempre de los ruidos del motor. Vídeo explicativo del funcionamiento de un motor de hidrógeno. http://www.youtube.com/watch?v=7nVaftana0g&feature=player_embedded

Motor a hidrógeno En la Tierra el hidrógeno se encuentra mayormente como agua (líquida, vapor, hielo) o combinado con otros elementos formando compuestos como el metano o gas natural (CH4), metanol (CH3OH), etanol (CH3CH2OH) o hidrocarburos (CnHm). La manera más fácil y limpia de obtener hidrógeno es mediante la "electrólisis": se sumergen dos electrodos en agua, se aplica electricidad y se obtiene gas hidrógeno del electrodo negativo y oxígeno del positivo. Pero la electrólisis sólo es económica y limpia cuando la electricidad que se utiliza sea obtenida por medios que no contaminen el medio ambiente, lo que quiere decir que no lo es tanto actualmente, ya que la mayoría de la energía eléctrica que se produce esta basada en la combustión de combustibles derivados del petróleo, carbón, etc. Se llamaría Hidrógeno "sucio" al generado por medio de combustibles derivados de combustibles fósiles. Sin embargo, el hidrógeno puro no es la panacea, pues presenta varios problemas. Para empezar, su producción (la electrólisis) es cara y contaminante, pues requiere mucho consumo eléctrico y la electricidad actualmente se produce a partir de fuentes de energía convencionales, como el petróleo, el gas o las centrales atómicas. Algunos investigadores sugieren el empleo de la energía eléctrica producida por energía eólica, solar, hidráulica, etc, que es limpia. Se podrían colocar equipos de electrólisis al pie de estas centrales y aprovechar la electricidad excendentaria que producen. Lo malo es que estas formas de generar energía todavía son minoritarias para abastecer un futuro parque automovilístico movido por hidrógeno.


La otra forma de conseguir Hidrógeno en este caso el "sucio" seria a partir del proceso de "reformado" (suministrando calor) a derivados del petróleo que tienen alto porcentaje de hidrógeno como citamos anteriormente: metano o gas natural (CH4), metanol (CH3OH), etanol (CH3CH2OH) o hidrocarburos (CnHm).. También se puede utilizar el proceso de "reformado" con combustibles derivados de la Biomasa (Biogas, Bioalcohol), en este caso teniendo en cuenta el medio ambiente, el aprovechamiento energético de la biomasa no contribuye al aumento de los gases de efecto invernadero, dado que el balance de emisiones de CO2 a la atmósfera es neutro, ya que el CO2 generado en la combustión de la biomasa es reciclado mediante la fotosíntesis en el crecimiento de las plantas necesarias para su producción y, por lo tanto, no aumenta la cantidad de CO2 presente en la atmósfera. Podemos decir que el "reformado" es mas barato que la electrólisis y en contra tiene, el ser mas contaminante.


En la figura inferior se esquematiza la forma de obtener H2 a partir de combustibles fósiles, biomasa y agua, utilizando procesos de reformado (suministrando calor) o electrólisis (suministrando energía eléctrica). Desde el punto de vista ambiental, el aprovechamiento energético de la biomasa no contribuye al aumento de los gases de efecto invernadero, dado que el balance de emisiones de CO2 a la atmósfera es neutro. En efecto, el CO2 generado en la combustión de la biomasa es reciclado mediante la fotosíntesis en el crecimiento de las plantas necesarias para su producción y, por lo tanto, no aumenta la cantidad de CO2 presente en la atmósfera. En cambio, el carbono que se libera a la atmósfera al quemar combustibles fósiles es el que está fijo a la Tierra desde hace millones de años.


Celdas de combustible La celda de combustible es una membrana en la que se mezclan el hidrógeno y el aire de la atmósfera. De su unión surge una corriente eléctrica que sirve para mover un motor eléctrico en el caso de los vehículos. El residuo de la reacción es sólo agua. La primera celda de combustible fue construida en 1839 por Sir William Grove, un juez y científico galés que demostró que la combinación de hidrógeno y oxígeno generaba electricidad además de agua y calor. El verdadero interés por la utilización de celdas de combustible como un generador práctico vino hacia comienzos de los años sesenta de nuestro siglo, cuando el programa espacial de los Estados Unidos seleccionó las celdas de combustible para proporcionar electricidad y agua a las naves


espaciales Gemini y Apollo. Hoy en día, la aplicación espacial ya no es la única de tipo práctico, puesto que las celdas de combustible están atravesando por un gran momento, al haber alcanzado una etapa tecnológica que les permite estar en posición de competir cada día más con las tecnologías convencionales de generación eléctrica, ofreciendo enormes ventajas sobre ellas, sobre todo en el tema medioambiental. Una celda de combustible es un dispositivo electroquímico que convierte la energía química de una reacción directamente en energía eléctrica. Por ejemplo, puede generar electricidad combinando hidrógeno y oxígeno electroquímicamente sin ninguna combustión. Estas celdas no se agotan como lo haría una batería, ni precisan recarga, ya que producirán energía en forma de electricidad y calor en tanto se les provea de combustible (hidrógeno). En la práctica, la corrosión y la degradación de materiales y componentes de la celda pueden limitar su vida útil. La manera en que operan es mediante una celda electroquímica consistente en dos electrodos, un ánodo y un cátodo, separados por un electrólito. El oxígeno proveniente del aire pasa sobre un electrodo y el hidrógeno gas pasa sobre el otro. Cuando el hidrógeno es ionizado en el ánodo se oxida y pierde un electrón; al ocurrir esto, el hidrógeno oxidado (ahora en forma de protón) y el electrón toman diferentes caminos migrando hacia el segundo electrodo llamado cátodo. El hidrógeno lo hará a través del electrólito mientras que el electrón lo hace a través de un material conductor externo (carga). Al final de su camino ambos se vuelven a reunir en el cátodo donde ocurre la reacción de reducción o ganancia de electrones del oxígeno gas para formar agua junto con el hidrógeno oxidado. Así, este proceso produce agua 100% pura, corriente eléctrica y calor útil, por ejemplo, energía térmica.


Tipos de celdas de combustible Las celdas de combustible se clasifican según el tipo de medio conductor de la carga iónica (electrólito) dentro de la celda. También se pueden clasificar según la temperatura de trabajo a la que funcionen La celda alcalina utilizada por la NASA en los años ‘60 empleaba como electrólito una solución acuosa concentrada de hidróxido de potasio. En los años ’70, la empresa


DuPont desarrolló un polímero conductor llamado Nafion. El esqueleto del Nafion es similar al del polímero neutro conocido como teflón y, como este, posee una alta resistencia química y térmica. Las cargas móviles positivas (M+) son protones que pueden moverse por el agua que absorbe el polímero y esto hace que la conductividad de la membrana sea similar a la de un ácido concentrado. El Nafion se usa desde entonces como electrolito en electrolizadores y en celdas de combustible. Estas últimas se denominan celdas de combustible de "membrana de intercambio de protones" (PEM).


Existen otros tipos de celdas de combustible que no tienen electrolito acuoso. Ellas son las celdas de ácido fosfórico (PAFC) que utilizan el ácido concentrado (exento de agua), las celdas de carbonato fundido (MCFC), que utilizan como electrolito una mezcla eutéctica de carbonatos de sodio, litio y potasio y las celdas de óxido


sólido (SOFC), en donde el electrolito es un cerámico conductor de iones óxido. Este tipo de celdas de combustible sobre todo las que trabajan a alta temperatura se utilizan mas para la generación estacionaria de electricidad, o sea, estaciones de generación eléctricas para suministro de edificios de todo tipo y otros servicios. Para la utilización en vehículos y demás elementos móviles se utilizan las celdas del tipo PEM (Membrana de Intercambio Protonico) mencionadas anteriormente. Los grandes desafíos Una de los desafíos que enfrenta los desarrolladores de vehículos a hidrógeno es debido a su gran densidad en estado líquido, lo que lleva a tener un volumen superior a la gasolina llegando a ser un 400% mayor. Todo esto compromete la autonomía del vehículo, pero nuevos avances en los diseños de los depósitos han ido aumentando la autonomía. Otro aspecto a tener en cuenta en la infraestructura disponible para surtir los combustibles a los automóviles (estaciones de servicio), sin embargo este será un aspecto que el mismo mercado irá corrigiendo a medida de que el petróleo sea más escaso y caro.

Motores de Hidrógeno Cuando hablamos de motores a hidrógeno tenemos que distinguir básicamente a dos tipos de motores, el basado en "celdas de combustible" de hidrógeno que en sí se trata de un "motor eléctrico" que recibe electricidad de las propias celdas, y el "motor de combustión interna", similar a los motores convencionales, que logran la fuerza motriz gracias a la ignición del hidrógeno dentro de la cámara de combustión.

Motor de hidrógeno de combustión interna Las celdas de combustible son todavía caras y no son lo suficientemente fiables (tiempo de funcionamiento limitado). Así que hay fabricantes como BMW, Mazda, etc. que se han decidido por quemar el hidrógeno dentro de los motores de combustión interna, estos motores son muy similares a los convencionales. El H2 es altamente inflamable y se quema en concentraciones que van desde el cuatro hasta el 74 por ciento, produciendo algunos óxidos de nitrógeno (NOx), pero sólo algunas trazas residuales de emisiones de dióxido de carbono e hidrocarburos (debido a que quema la película de aceite de las paredes de los cilindros). El H2 se quema limpiamente, pero no a estándares de cero emisiones. BMW y Mazda creen que se podrían vender


motores duales de combustible y H2 mientras se desarrolla la infraestructura de surtidores de hidrogeno en los países. BMW comenzó a experimentar con motores de H2 en 1978 y ha construido flotillas de demostración. Mazda ha mostrado numerosos conceptos de motor rotativo (RX8s) de hidrógeno desde 1991. Los BMW 750hL V12 que se construyeron en 2000 producían 201 CV con H2, llegando de 0 a 100 km/h en 9.6 segundos y tenían una autonomía de 289 km con poco menos de 19L de H2 líquido. El nuevo Valvetronic V-8 genera 181 CV con autonomía y desempeño similares. (Las variantes de gasolina de estos motores producen 326 y 325 CV, respectivamente.) Mazda dice que su motor rotativo es inherentemente más adecuado al funcionamiento con H2. Debido a que la entrada, compresión y combustión suceden en áreas distintas del rotor, la cámara de entrada permanece más fría, lo que evita las retro explosiones. También hay suficiente espacio para instalar dos inyectores directos de H2. El motor Renesis Hydrogen RE produce 110 CV con H2 y 210 con gasolina. BMW apoya la combustión de hidrógeno en motores convencionales; aunque es la ruta más rápida a la economía de hidrógeno, la eficiencia es menor, y la contaminación, mayor al compararse con las celdas de combustible y el motor eléctrico. El uso de hidrógeno extiende la vida del motor y reduce el mantenimiento, ya que no se acumula carbón en la cámara de combustión ni en las bujías, y los gases resultantes son tan limpios que casi no se necesita cambiar el aceite del motor (sólo hay que rellenarlo periódicamente). Estos motores arrancan y funcionan bien a bajas temperaturas, son tolerantes al hidrógeno "sucio" y serían comparativamente fáciles de mantener. Ahíse acaban las buenas noticias. Un estudio extenso de la Universidad Kelo en Japón demuestra que la combustión interna de hidrógeno está entre las menos eficientes de todas las plantas motrices de tecnología avanzada, principalmente debido a la gran cantidad de energía que se requiere para producir y comprimir, o licuar, el hidrógeno. La más reciente propuesta de BMW, es el Hydrogen 7, el primer automóvil de hidrógeno de lujo que prácticamente no tiene emisiones contaminantes y es apropiado para el uso diario, pero sobretodo con la ventaja de contar con un motor de combustión bimodo de doce cilindros, que funciona tanto con hidrógeno como con gasolina convencional, convirtiéndose en un automóvil que puede funcionar sin estar pendiente del poder repostar hidrogeno en caso de falta de suministradores de este combustible. Con motor, chasis y carrocería basados en los sedanes BMW 760i, el Hydrogen 7 incorpora un motor de 260 caballos de potencia, con el que es capaz de acelerar en 9,5 segundos de 0 a 100 km/h, y alcanzar una velocidad punta de 230 km/h, limitada electrónicamente. Indicadores que demuestran que este combustible no merma el desempeño de vehículos de altas prestaciones.


El motor de combustión bimodo del BMW Hydrogen 7 (figura inferior) es el resultado de un trabajo de desarrollo orientado al futuro pero que ya se torna real. Este impulsor se basa en el propulsor de doce cilindros a gasolina de 6.000 cc, VALVETRONIC, de la serie 7. El torque o par máximo es de 390 Nm, disponible a 4.300 r.p.m. La peculiaridad del motor V12 del BMW Hydrogen 7 consiste en que funciona de modo dual, lo que significa que sus doce cilindros pueden funcionar indistintamente con hidrógeno o con gasolina, lo cual es posible gracias a una nueva tecnología de control que garantiza la misma potencia independientemente del tipo de combustible disponible en el depósito. Uno de los depósitos ofrece capacidad para 8 kilogramos (unos 170 litros) de hidrógeno, y en un depósito convencional caben 74 litros de gasolina.


Funcionando con hidrógeno, el BMW Hydrogen 7 puede recorrer más de 200 kilómetros y otros 500 kilómetros con el sistema de combustión convencional de gasolina, es decir que se pueden recorrer muchos kilómetros hasta llegar a la siguiente gasolinera o a un surtidor de hidrógeno. Este revolucionario automóvil tiene casi únicamente emisiones de vapor de agua cuando funciona con hidrógeno, y la empresa considera que en un futuro se podrán ofrecer vehículos con motores que únicamente utilicen hidrógeno. En principio, al repostar no se diferencia de la utilización del depósito convencional de gasolina, pues tan solo hay que asegurarse de un acoplamiento hermético, que evita pérdidas de presión y de frío. Este acoplamiento es similar al del surtidor de gasolina, lo que significa que el usuario lo introduce en la boca del depósito aplicando una ligera presión. El bloqueo del acoplamiento y el rellenado del hidrógeno se realizan de modo automático. Para abrir y cerrar la tapa del depósito, el conductor no tiene más que pulsar una tecla que se encuentra en el tablero de instrumentos. El proceso de repostar concluye en menos de 8 minutos. El motor de combustión bimodo es más alto debido a las válvulas de inyección de H2. Utiliza válvulas de inyección (inyectores) especiales y un conducto de combustible de presión variable.


En el habitáculo los cambios se ven en el tablero de instrumentos donde se encuentran indicadores nuevos relacionados con la utilización de hidrógeno, como el símbolo «H2», que se enciende cuando el motor está funcionando con hidrógeno, además hay un indicador en kilogramos del nivel del depósito de H2 junto al indicador de gasolina. Además, la autonomía total y la reserva disponible se indican por separado para el hidrógeno y la gasolina. Las modificaciones que más saltan a la vista en el habitáculo se encuentran en la parte posterior, debido al montaje del depósito de hidrógeno (figura inferior) debajo de la bandeja trasera y detrás del banco posterior.


Diversas partes de la carrocería, especialmente desarrolladas para el del BMW Hydrogen 7, son de material sintético reforzado con fibra de carbono combinada con acero, de peso optimizado y, al mismo tiempo, más resistente a los impactos. Esta solución compensa el mayor peso del motor y del sistema de alimentación de combustible y cumple con los criterios de seguridad especiales que plantea este innovador automóvil. Entre otros, los bastidores laterales están reforzados con este material sintético con fibra de carbono. De esta manera, ante un choque el comportamiento del BMW Hydrogen 7 es exactamente igual al del BMW 760Li. En cuanto a la seguridad, todos los componentes fueron concebidos de tal manera que cumplan con los estándares más estrictos. El depósito de hidrógeno líquido dispone del sistema de gestión del vapor de hidrógeno “boil-off” y, además, cuenta con dos válvulas que permiten la salida controlada del hidrógeno al entorno, por ejemplo en caso de haber una presión excesiva en el depósito (lo que puede suceder en caso de un impacto fuerte). El depósito como tal, pero también todos los demás componentes que se ocupan de la alimentación del hidrógeno al motor, son de doble pared. Las funciones de seguridad, especialmente previstas para el BMW Hydrogen 7, consiguen detectar con antelación cualquier irregularidad y activar las funciones de protección correspondientes. Por ello, el usuario siempre se mantiene informado sobre cualquier fallo en el sistema, aunque éste aún no represente peligro alguno. Actualmente no existen estándares, normas y leyes generales que determinen el uso de vehículos con motor de hidrógeno. También hay diferencias entre los reglamentos que se refieren al uso de garajes. Estas reglas varían de país en país, pero también difieren los criterios aplicados por los propietarios de los estacionamientos públicos. Para evitar confusiones, el BMW Group no permite aparcar los vehículos movidos


con hidrógeno en garajes cerrados. Sí está permitido conducir y aparcar en espacios semicerrados, por ejemplo en estacionamientos públicos o atravesando túneles. También se admite el uso de túneles de lavado y parar en garajes individuales no cerrados.

Motor eléctrico con celdas de combustible El fabricante Toyota ha logrado la homologación en Japón de un vehículo híbrido alimentado por celda de combustible que logra una autonomía de 830 kilómetros, frente a los 330 de la generación anterior. El nuevo vehículo, FCHV-adv (Fuel Cell Hybrid Vehicle-Advanced) ha sido homologado con la nueva celda de combustible, de nuevo diseño y alto rendimiento, que aún será mejorada en una nueva fase de desarrollo.

El Toyota FCHV-adv ha sido probado rodando tanto a altas temperaturas como a bajas, a partir de los resultados proporcionados por estas pruebas, Toyota ha perfeccionado el sistema de celda de combustible de este vehículo para mejorar la autonomía y el arranque a bajas temperaturas, que habían frenado hasta ahora el uso generalizado de los vehículos de celda de combustible. La unidad esencial de celda de combustible es el conjunto de electrodos y membrana (MEA, en sus siglas en inglés), donde el principal problema para los ingenieros fue el agua que aparecía en el interior y que interfería con la generación eléctrica dentro del MEA a bajas temperaturas.


Se llevó a cabo una importante labor de investigación, que incluyó pruebas de visualización interna, para comprender el comportamiento y la cantidad del agua generada en la celda de combustible, lo que permitió a los ingenieros optimizar el diseño del MEA para mejorar el arranque a bajas temperaturas.

Como consecuencia, el Toyota FCHV-adv puede arrancar y funcionar en zonas frías a temperaturas de hasta 30 grados bajo cero, lo que significa que el vehículo se puede utilizar en una mayor variedad de condiciones y climas. Ello llevó a una mejora de la eficiencia del combustible en un 25%, gracias al nuevo rendimiento de la celda de combustible, el perfeccionamiento del sistema de frenado regenerativo y la reducción de la energía consumida por el sistema auxiliar. Otras modificaciones introducidas en la versión avanzada del vehículo son la incorporación de un control de degradación del catalizador del electrodo y la mayor duración de la celda de combustible. Los depósitos desarrollados por Toyota están fabricados en composite, un material muy ligero y extremadamente resistente. Además, van forrados por dentro con un lienzo de nylon que evita cualquier filtración del muy volátil hidrógeno. Este forro permite que el depósito sea menos grueso, con lo que, en el de 35 megapascales, cabe hasta un 10 por ciento más de hidrógeno comprimido. Así, la autonomía de los coches que empleen este tanque será más alta. Con estas soluciones técnicas, Toyota logra solucionar dos de los principales problemas que presentan los depósitos para hidrógeno: la porosidad y el excesivo peso que se produce cuando se combate esa porosidad. Estos problemas, especialmente el del peso, hacía que, hasta ahora, los depósitos fuesen demasiado aparatosos y acabaran por lastrar las cualidades dinámicas de los vehículos que los llevaban. Toyota actualmente con los últimos modelos ha conseguido depósitos de hidrógeno de alta presión a 70 Mpa, con los que el vehículo puede recorrer unos 830 kilómetros


sin repostar; es decir, más del doble que el antecesor del Toyota FCHV-adv, el Toyota FCHV.

En la figura inferior podemos ver la sección de un Toyota FCHV-5: ● En la parte trasera se pueden ver los depósitos de hidrógeno a alta presión y la batería secundaria.


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En la parte delantera se puede ver la celda de combustible, la unidad de control, y el motor elĂŠctrico.


Como conclusión se puede decir que Toyota apuesta por la celda de combustible, sí, pero alimentada directamente por el hidrógeno contenido en depósitos embarcados en el coche. Es decir, descarta otras alternativas, como el "reformado" de combustible, que es la vía que emplean otras compañías. Con el reformado de combustible, lo que se hace es extraer el hidrógeno de la gasolina u otro hidrocarburo y enviar el hidrógeno “arrancado” a la célula de combustible. Este proceso, más barato, también es más contaminante que el empleo de hidrógeno puro.

http://www.mecanicavirtual.org/motores-hidrogeno.htm

células de combustible y pilas Las pilas de combustible son sistemas electroquímicos en los que la energía de una reacción química se convierte directamente en electricidad. A diferencia de la pila eléctrica o batería, una pila de combustible no se acaba ni necesita ser recargada; funciona mientras el combustible y el oxidante le sean suministrados desde fuera de la pila. Una pila de combustible consiste en un ánodo en el que se inyecta el combustible —comúnmente hidrógeno, amoníaco o hidrazina— y un cátodo en el que se introduce un oxidante —normalmente aire u oxígeno. Los dos electrodos de una pila de combustible están separados por un electrólito iónico conductor. El sistema opera con dos tipos de gases, combustible y oxidante, que pasan a través de las superficies del ánodo y cátodo opuestas al electrolito, respectivamente, y generan energía eléctrica por oxidación electroquímica del combustible, generalmente hidrógeno, y la reducción electroquímica del oxidante, normalmente oxígeno. Se transforma entonces la energía química, almacenada en el enlace H-H de la molécula H2, en energía eléctrica y vapor de agua. Este concepto nuevo ofrece ventajas sustanciales sobre la tecnología clásica de combustión, no solamente por el aumento de la eficiencia hasta niveles de 30-40%


sino también porque la única emisión producida es vapor de agua. De forma global, los automóviles que utilizan H2 como combustible son 22% más eficientes que los movidos por gasolina. Las pilas de combustible están constituidas por un conjunto de celdas apiladas, cada una de las cuales posee un ánodo o electrodo negativo y un cátodo o electrodo positivo, separados por un electrolito que facilita la transferencia iónica entre los electrodos. Cada una de las sustancias que participan en la reacción es alimentada a un electrodo distinto. Así, el combustible, generalmente rico en hidrógeno, es alimentado de forma continua al ánodo, y el oxidante, normalmente el oxígeno del aire, al cátodo. Allí los reactivos se transforman electroquímicamente, de acuerdo con las semirreacciones: Se genera de esta forma una corriente eléctrica entre ambos electrodos que, a diferencia de lo que ocurre en una pila o batería convencional, no se agota con el tiempo de funcionamiento, sino que se prolonga mientras continúe el suministro de los reactivos. El rendimiento real de la pila puede calcularse considerando las siguientes pérdidas: - polarización por concentración - polarización por activación - polarización óhmica Dependiendo del tipo de pilas de combustible, se obtienen eficacias entre un 35 % hasta un 60 %. El problema actual reside en la duración de las pilas y en los costes. Aunque las pilas de combustible se conocen hace más de 150 años, sólo en las últimas dos décadas han sido reconocidas como una de las tecnologías más prometedoras de producción de energía. El Programa del Departamento de Energía de los Estados Unidos junto con instituciones de otros países, llevan inviertiendo desde hace tiempo en estas tecnología. No obstante, aun se está investigando en la resolución de aspectos técnicos que afectan a la corrosión y fiabilidad de algunos de los componentes. Los sistemas de pilas de combustible se caracterizan por sus reducidas emisiones. Si solo se utiliza hidrógeno (derivado de fuentes renovables) como combustible en las celdas, se obtendrá vapor de agua y electricidad . La utilización de hidrocarburos para la producción de hidrógeno eliminaría prácticamente las emisiones de óxidos de nitrógeno y monóxido de carbono. Considerando que sus eficacias son potencialmente superiores a las de los motores de combustión interna, las emisiones de dióxido de carbono se verían además reducidas. Las pilas de combustible pueden ofrecer la respuesta a diversos requerimientos energéticos. La eficacia de estos dispositivos no depende del tamaño como sucede en otros sistemas energéticos. Este hecho permite su aplicación en sistemas de energía


miniaturizados y portátiles. Su eficacia es potencialmente superior a cualquier otro sistema, haciendolas particularmente atractivas para aplicaciones estáticas de alta o baja energía. Además, las celdas de combustible suponen actualmente una esperanza real dentro del mercado del transporte.

Fuentes: ●

Pilas de combustible Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) Combustibles alternativos para un transporte menos contaminante. Revista Consumer How Fuel Cells Work. Howstuffworks

Pila de combustible

Pila de hidrógeno. La celda en sí es la estructura cúbica del centro de la imagen. Una pila de combustible, también llamada célula o celda de combustible es un


dispositivo electroquímico de conversión de energía similar a una batería, pero se diferencia de esta última en que está diseñada para permitir el reabastecimiento continuo de los reactivos consumidos; es decir, produce electricidad de una fuente externa de combustible y de oxígeno en contraposición a la capacidad limitada de almacenamiento de energía que posee una batería. Además, los electrodos en una batería reaccionan y cambian según cómo esté de cargada o descargada; en cambio, en una celda de combustible los electrodos son catalíticos y relativamente estables. Los reactivos típicos utilizados en una celda de combustible son hidrógeno en el lado del ánodo y oxígeno en el lado del cátodo (si se trata de una celda de hidrógeno). Por otra parte las baterías convencionales consumen reactivos sólidos y, una vez que se han agotado, deben ser eliminadas o recargadas con electricidad. Generalmente, los reactivos "fluyen hacia dentro" y los productos de la reacción "fluyen hacia fuera". La operación a largo plazo virtualmente continua es factible mientras se mantengan estos flujos. El fabricante de automóviles japonés Honda, la única firma que ha obtenido la homologación para comercializar su vehículo impulsado por este sistema, el FCX Clarity, en Japón y Estados Unidos, ha desarrollado también la Home Energy Station, (HES), un sistema autónomo y doméstico que permite obtener hidrógeno a partir de energía solar para repostar vehículos de pila de combustible y aprovechar el proceso para generar electricidad y agua caliente para el hogar.

Esquema de funcionamiento de una pila de combustible


En el ejemplo típico de una célula de membrana intercambiadora de protones (o electrolito polimérico) hidrógeno/oxígeno de una celda de combustible (PEMFC, en inglés: protón exchange membrane fuel cell), una membrana polimérica conductora de protones (el electrolito), separa el lado del ánodo del lado del cátodo. En el lado del ánodo, el hidrógeno que llega al ánodo catalizador se disocia en protones y electrones. Los protones son conducidos a través de la membrana al cátodo, pero los electrones están forzados a viajar por un circuito externo (produciendo energía) ya que la membrana está aislada eléctricamente. En el catalizador del cátodo, las moléculas del oxígeno reaccionan con los electrones (conducidos a través del circuito externo) y protones para formar el agua. En este ejemplo, el único residuo es vapor de agua o agua líquida. Es importante mencionar que para que los protones puedan atravesar la membrana, esta debe estar convenientemente humidificada dado que la conductividad protónica de las membranas poliméricas utilizadas en este tipo de pilas depende de la humedad de la membrana. Por lo tanto, es habitual humidificar los gases previamente al ingreso a la pila. Además de hidrógeno puro, también se tiene el hidrógeno contenido en otras moléculas de combustibles incluyendo el Diesel, metanol (véase DMFC) y los hidruros


químicos, el residuo producido por este tipo de combustibles además de agua es dióxido de carbono, entre otros Tensión La tensión de celda depende de la corriente de carga. La tensión en circuito abierto es de aproximadamente 1,2 voltios; para crear suficiente tensión, las celdas se agrupan combinándolas en serie y en paralelo, en lo que en inglés se denomina "Fuel Cell Stack" (pila de células de combustible). El número de celdas usadas es generalmente superior a 45 y varía según el diseño. Materiales Los materiales usados en celdas de combustible varían según el tipo. Véase Tipos de celda de combustible. Las placas del electrodo/bipolar se hacen generalmente de nanotubos de metal, de níquel o de carbón, y están cubiertas por un catalizador (como el platino o el paladio) para conseguir una eficacia más alta. El electrolito puede ser de cerámica o bien una membrana.

Tipos de celdas de combustible Nombre

Electrolito

Rango

Célula de combustible reversible

Temperatura de trabajo

Eficiencia eléctrica

Estado

Kit para la enseñanza

Reversible fuel cell Energía azul Blue Energy Célula de combustible biológica MFC Biological fuel cell

membrana de polietileno

Superior a 250 kW

Investigación


Celda de combustible de zinc Zinc fuel cell ('Air' fuel cell) Batería de flujo

Investigación

Redox fuel cell Pila de combustible alcalina

solución alcalina

de 10 a 100 kW

inferior a 80 °C

Celda: 60–70% Sistema: 62%

Comerc ializada/ Investigación

membrana polimérica (ionomer)

de 0,1 a 500 kW

70–200 °C,

Celda: 50–70 % Sistema: 30– 50 %

Comerc ializada/ Investigación

Alkaline fuel cell (AFC) Célula de combustible de membrana de intercambio de protones Proton exchange membrane fuel cell (PEM FC)

Direct borohydride fuel cell (DBFC)

Formic

solución alcalina NaOH

70 °C

Investigación

ácido fórmico

90–120 °C

Investigación


acid fuel cell (FAFC)

Direct metanol fuel cell (DMFC)

membrana polimérica

de pocos mW a 100 kW

90–120 °C

Celda: 20– 30 %

Comercial izandose/ Investigación

Investigación Directethanol fuel cell (DEFC)

Phosphoric acid fuel cell (PAFC)

Molten carbonate fuel cell (MCFC)

Ácido fosfórico

Superior a 10 MW

200 °C

Celda: 55 % Sistema: 40 %

Comerc ializada/ Investigación

CarbonatoAlcalino Fundido

100 MW

650 °C

Celda: 55 % Sistema: 47 %

Comercial izandose/ Investigación

cerámica

700 °C

Investigación

Protonic ceramic fuel cell (PCFC)

Solid oxide fuel cell (SOFC)

Electrolito de Óxido Cerámico

Superior a 100 kW

800–1000 °C

Celda: 60–65 % Sistema: 55– 60 %

Comercial izandose/ Investigación

Rendimiento El rendimiento de las células de combustible, a diferencia de los motores de combustión (interna y externa) no está limitado por el ciclo de Carnot ya que no siguen un ciclo termodinámico. Por lo tanto, su rendimiento es muy alto en comparación, al convertir energía química en eléctrica directamente. El rendimiento de una celda de combustible , bajo condiciones estándares está limitado por el cociente entre la


variación de la energía libre (estándar) de Gibbs , y la variación de la entalpía estándar de la reacción química completa . El rendimiento real es igual o normalmente inferior a este valor.

Una célula de combustible convierte normalmente la energía química de combustible en electricidad con un rendimiento aproximadamente del 50%. El rendimiento sin embargo depende en gran medida de la corriente que circula a través de la celda de combustible: cuanto mayor es la corriente, menor el rendimiento. Para una de hidrógeno, el rendimiento (energía real/energía teórica) es igual a la tensión de la celda dividida por 1,23 voltios, a una temperatura de 25 °C. Esta tensión depende del combustible usado, de la calidad y de la temperatura de la célula. Una célula que funcione a 0,6 V tendrá un rendimiento cercano al 50%, lo que significa que el 50% de la energía contenida en el hidrógeno es convertida en energía eléctrica

Vehículos de hidrógeno, barcos, aviones y estaciones de servicio

El Toyota FCHV PEM FC, un vehículo diseñado por Toyota impulsado por hidrógeno La primera estación de reabastecimiento de hidrógeno como combustible fue abierta en Reykjavík, Islandia en abril de 2003. Esta estación abastece a tres autobuses construidos por DaimlerChrysler y que prestan servicio en la red de transporte público de Reykjavík. La propia estación produce el hidrógeno que necesita, gracias a una unidad electrolizadora (fabricada por Norsk Hydro), y no necesita ser abastecida


externamente: los únicos suministros necesarios son electricidad y agua. Shell también participa en el proyecto. La estación no tiene cubierta, para que en caso de peligro el hidrógeno pueda escapar libremente a la atmósfera. Hay numerosos prototipos y modelos de coches y autobuses basados en la tecnología de la pila de combustible. Las empresas de automoción siguen investigando y ya han llegado a fabricar algunos prototipos. Compañías como DaimlerChrysler, Ballard Power Systems, Ford, Volvo, Mazda, General Motors, BMW, Hyundai, o Nissan, entre otras. Sin embargo, Honda es la única firma que ha obtenido la homologación para empezar a comercializar su vehículo impulsado por este sistema, el FCX Clarity, en Japón y Estados Unidos en 2008. En septiembre de 2009, diferentes compañías (Honda, DaimlerChrysler, Ford Motor Company, General Motors Corporation/Opel, Hyundai Motor Company, Kia Motors Corporation, la alianza Renault SA y Nissan Motor Corporation y Toyota Motor Corporation), firmaron un acuerdo para homogeneizar el desarrollo y la introducción al mercado de vehículos eléctricos impulsados con pila de combustible, lo que se consideró un gran paso hacia la producción en serie de vehículos de cero emisiones. En el acuerdo, las compañías anticipaban que, a partir del año 2015, una cantidad significativa de vehículos eléctricos con pila de combustible podrían ser comercializados.

Submarino Type 212 en el puerto Los submarinos Type 212A, un avanzado diseño alemán no nucleares, utiliza pilas de combustible (desarrolladas por Siemens) para alimentar nueve propulsores y puede mantenerse sumergido durante semanas sin tener que subir a la superficie, un sistema propulsor parecido de pilas de hidrógeno, aunque mejorado tienen los submarinos españoles S-80 desarrollado por Abengoa. En abril de 2008, en Toledo (España), la compañía Boeing hizo volar el primer avión propulsado por pila de hidrógeno. De manera parecida Airbus está desarrollando un prototipo de avión que utiliza esta tecnología. Actualmente, un equipo de estudiantes universitarios llamado Energy-Quest está preparando un barco accionado por esta tecnología para hacer un viaje alrededor del mundo, así como otros proyectos usando combustibles más eficientes o renovables.


¿Cómo puedo construir un generador de hidrógeno? para que sea instalado en un auto que combustión interna Hay muchas razones por las que uno quisiera construir un generador de hidrógeno, pero una de las razones más comunes es utilizarlo en la mejora de combustible de hidrógeno. En la mejora de los combustibles, a construir un generador de hidrógeno para adjuntar a su motor existente, la cual aumenta el rendimiento de la gasolina total que recibe durante la conducción. La gente puede también construir un generador de hidrógeno simplemente como una diversión y un experimento científico sencillo, que puede ser usada para demostrar una serie de principios diferentes. El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo, que constituyen cerca de tres cuartas partes de la masa elemental de la existencia. Aunque es muy común, es relativamente poco común en su estado puro en la Tierra, y generalmente se encuentra junto a otros elementos. La combinación más común que se encuentra en la Tierra se combina con oxígeno para formar agua. Los usos del hidrógeno son muchos, pero en los últimos años un gran interés se ha centrado en el uso del hidrógeno como fuente de combustible, especialmente en los vehículos, como una alternativa más limpia a los combustibles fósiles utilizados actualmente. Aunque se está avanzando en el desarrollo de una economía del hidrógeno lleno, donde los coches puede llegar a ser capaz de correr sobre las células de combustible de hidrógeno exclusivamente, la adopción generalizada de estos vehículos es probable que sea un poco lejos. Mejora de hidrógeno ofrece un paso intermedio, permitiendo a los consumidores a construir un generador de hidrógeno para su uso en los motores existentes de combustibles fósiles, para aumentar su eficiencia. Aunque los kits están disponibles que pueden ser instalados, los principios básicos del generador


es bastante fácil, y no es tan difícil simplemente construir un generador de hidrógeno por su cuenta. Un sistema de hidrógeno implica la instalación de un depósito de plástico para que el agua que se utilizará como fuente de combustible, una cámara de reacción, algunos indicadores de nivel, un circuito para controlar el sistema, y un inyector de combustible de alta presión. Aunque no es la más fácil instalación, una vez instalado el sistema es prácticamente perfecta, con el automóvil que conducía con normalidad, pero con una mejor eficiencia. El mecanismo por el que trabaja el sistema de hidrógeno es muy sencillo. Básicamente, ejecute la electricidad a través del agua y un poco de bicarbonato de soda generar detonante, también conocido como gas de Brown. Este gas se inyecta en el motor, y la combinación de gasolina y gas de Brown luego arden, en teoría, más eficiente que la gasolina normalmente. Medidores y un circuito de control permiten un manejo más preciso de la producción de gas de Brown, que puede mejorar aún más la eficiencia. Las informaciones hechas sobre la mejora de la eficacia del combustible varían ampliamente, dependiendo de quién los está haciendo. Los escépticos sugieren que la cantidad de energía necesaria para crear el gas de Brown es mayor que la generada, haciendo para una pérdida neta de eficiencia de combustible. Los partidarios conservadores de hacer de la eficiencia de combustible aumenta en torno al 4-6%, mientras que apoya ardiente sugerir mejoras de 50-100% de eficiencia de combustible puede ser visto. diagramas visuales que muestran cómo construir un generador de hidrógeno se pueden encontrar gratuitamente en una serie de lugares. Estos diagramas de rango de las instalaciones muy simples, para instalaciones complejas que incorporen una serie de comentarios y dispositivos de medida. Debido a la naturaleza del hidrógeno impulsar la comunidad, una gran cantidad de estructuras de apoyo también se han creado, con muchos técnicos expertos que ofrecen ayuda para las personas que buscan crear su propia cuenta. http://www.youtube.com/watch?v=Yv3t2GV9_4g&feature=fvw


Ley de la termodinámica 1 - la ley de la termodinámica se cumple siempre ,pero un coche solo aprovecha el 15% de la energía que produce ,el resto se disipa en calor ,fricción ,trabajo del motor , la batería recupera parte de esta energía ,con la que alimenta el generador hho constantemente,añadiendo a la combustión una pequeña cantidad de gas , que enriquece la mezcla ,y facilita la combustión (si conoces algún ingeniero con conocimiento en motores ,os dirá el escaso aprovechamiento energético que tiene un coche ,sino preguntar la diferencia de eficiencia energética de una turbina respecto de un motor de gasolina) no existe ningún motor de explosión que aproveche el 100 % de la energía producida 2 - todas las nuevas tecnologías de automovil ,están orientadas a conseguir un mayor rendimiento energético del motor ,¿ acaso motores turbo no aprovechan la energía sobrante del calor del coche ? ¿ no desafía esto las leyes de la termodinámica también ? esta demostrado que un turbo de bajo soplado tipo tdi ,reduce el consumo, dándole a la misma cantidad de combustible mas poder calorífico , mejor combustión ,menos consumo 3 - el prius de toyota , es un ejemplo de rendimiento energético demostrado ,es la prueba del escaso rendimiento energético de los motores gasolina , demuestra que el coche desperdicia energía ,no solo al ir a velocidad constante , sino también al frenar , al estar parado en un semáforo, atascos ,bajando una pendiente , mientras que la batería esta constantemente cargando energía , si alguna vez os habías quedado sin batería habréis comprobado lo rápido que se cargan en pocos kilómetros


EL AGUA ES EL COMBUSTIBLE DEL FUTURO!!! ¡Espere un minuto! Si usted ahora está pensando " agua - cuando está convertido en gas - es explosivo, ¿no es peligroso?" NO, NO ES PELIGROSO, debido a varios factores que usted vea en un minuto. Muchas personas usan esta tecnología en climas muy calientes y muy fríos - es totalmente SEGURO-. ¡La manera que producimos energía del agua es muy segura y será encendida solamente por la chispa fuerte dentro de su motor! Muy poca AGUA necesaria... 1 litro o 1/4 de galón de agua puede durar por MESES.(ver la foto). ¿Cómo funciona? Este dispositivo pequeño genera fuerza cada galón de agua para ampliarse en proporciones gigantescas: ¡ 1833 galones de combustible!!!

Según pruebas extensas en América-Latina, Canadá, Australia, Europa, Asia y E.E.U.U., la tecnología puede producir los resultados siguientes para su vehículo de gasolina o Diesel: · Doblar posiblemente su kilometraje: Nuestras pruebas del camino han


alcanzado el aumento en una furgoneta FORD pesada 350 V8, el 56% y 107% en un Toyota. · Limpie las emisiones que dañan su salud y la salud de su familia. ¡Cuando están quemados, gas el "del marrón" producimos nuevamente dentro del agua! No se emite ningunos productos químicos dañosos de este sistema. Puesto que su motor tomaría MENOS gasolina y SE QUEMARÍA MÁS HHO, el efecto total es reducción dramática en emisiones dañosas. Usted podrá oler la diferencia. · Realice grandemente la potencia y el funcionamiento del motor . · elimine los depósitos de carbón y prevenga la acumulación futura del carbón. · Reduzca la temperatura del motor - proteja el ambiente y su motor. · Usted notará un motor y cambios de marchas más tranquilos, más suaves y mucho más lisos Esto es debido al agua del efecto tiene en el ciclo de la combustión dentro de su motor. · Aprovechando una vida más larga de su motor, especialmente pistones, válvulas, anillos y rodamientos. · Reduzca la demanda del petróleo y nuestra formalidad económica . El agua está disponible por todas partes y necesitamos muy poco de él. · Reduzca las temperaturas de funcionamiento del motor - también ayuda a prevenir el calentamiento global · Su combustible limpio-que se quema agregará solamente el agua y el oxígeno en la atmósfera en vez de contaminarla. Es muy simple. Usted no cambia su motor o computadora. Un envase 1/4 de galón o 95O cc se coloca en alguna parte debajo del capo motor. Usted lo llena de AGUA y un poco de Catalizador. El dispositivo consigue el vacío y la electricidad (12 voltios) del motor, y produce el gas de HHO (Hidrogeno + Oxígeno). El gas de HHO se provee al múltiple del motor o al carburador según lo demostrado abajo.


PARA MOTORES DIESEL Y TURBO-DIESEL Hasta puede ser más fácil!! Conecta la manguera de HHO en alguna parte entre el filtro de aire y el turbo o el múltiple de producto, según lo demostrado abajo:


ESTO DAÑARÁ LA GARANTÍA DEL VEHÍCULO? ¡Su coche está siendo dañado ahora por el combustible incombusto! Nuestra tecnología ayudará no solamente a eliminar los depósitos de carbón causados por la gasolina incombusta - pero limpiará ACTIVAMENTE su motor cada vez que usted conduce. Sobre las semanas primeras usted notará que el motor se convierte suave y agil. El agua cambia el ciclo de la combustión y lo hace más uniforme o "redondo". Esto sucede inmediatamente en el momento de la instalación, y a partir de ese momento encendido, su motor funciona de una nueva manera. El efecto es no solamente menos ruido, él es también menos vibración, dando por resultado la tensión reducida en la transmisión (así cambios de engranaje más lisas), pistones y válvulas más limpias, y una operación generalmente mejor del motor. 5 SISTEMAS DE HIDRÓGENO 1.GENERADOR del GAS de HHO/BROWN'S (la gente lo llama "generador del hidrógeno" pero como dije HHO es más de gran alcance que el hidrógeno puro), consistiendo en el Electrolyzer, el cableado, los mangueritos y los accesorios de la instalación. Trabajos con catalizador en agua destilada. Alzará funcionamiento en la mayoría de los coches. Ha alzado hasta ahora MPG cerca el 70%, pero más realista 10%-50% esperado. 2.SISTEMA QUE ALZA del VAPOR de AGUA , consistiendo en el vaporizador, los


mangueritos y los accesorios de la instalación. Trabajos con agua del golpecito . De gran alcance como el sistema #1 pero todavía puede alzar la potencia y el kilometraje de su coche por 10%-15%. Muy simple, fácil replegar en 5 minutos. 3.SISTEMA CARGADO del AGUA , una invención única que hace uso AMBOS TARROS con agua destilada, catalizador tan bien como el agua y el peróxido de hidrógeno ( líquido no-peligroso barato del golpecito de su Farmacia). Las instrucciones le serán dadas, y usted encontrará este sistema muy interesante. Usted necesitará una bomba pequeña del acuario y un cargador del celular. Este uso revolucionario del hardware diario simple ha hecho que los coches mejoran la economía de combustible por el 50%. 4.SISTEMA QUE ALZA AVANZADO DE HHO . Este sistema es el mejor del mejor y consiste en el Electrolyzer (con el cableado, los mangueritos y los accesorios de la instalación), realzado por el reforzador de PCV, el calentador de combustible y sobretodo del sensor del MAPA . Trabajos con catalizador en agua destilada . Trabajos lo más posible en coches más nuevos (1996 y más nuevo) . 5.FABRICANTE SANO del AGUA POTABLE , un uso único de AMBOS TARROS con agua destilada, catalizador así como el agua filtrada (ningún hidrógeno este vez). Aquí usted necesitará también una bomba pequeña del acuario y un cargador del celular. El sistema ÚNICO que usted no puede encontrar en cualquier otro lugar - los cargadores del agua potable de los rivales que cuestan $2.500-$6.000 , con todo usted aprenderán hacerlo para $20-$50.

ALGUNOS VÍDEOS DE LO EXPLICADO ANTERIORMENTE!!! Nissan X-Trail FCV hidrogeno: la primera camioneta a hidrógeno

link: http://www.videos-star.com/watch.php?video=CWETEeQXxa8

Cómo hacer hidrógeno?


link: http://www.videos-star.com/watch.php?video=e1BO_dqxwoE

EUROPA: La energía para el futuro, El hidrógeno. Los combustibles fosiles se usan, actualmente, para cubrir casi todas las necesidades energéticas. Pero es necesario encontrar una alternativa link: http://www.videos-star.com/watch.php?video=qgQDhsip8KE

Generador de hidrógeno casero para vehículos Diesel y turbodiesel

link: http://www.videos-star.com/watch.php?video=CWwQpN9h9JM

La era Del hidrógeno. link: link: link: link: link: link:

http://www.videos-star.com/watch.php?video=RkbF38wUKik http://www.videos-star.com/watch.php?video=fe4kSPGFByw http://www.videos-star.com/watch.php?video=2t85RC4Xsj4 http://www.videos-star.com/watch.php?video=LOIgTx35gBI http://www.videos-star.com/watch.php?video=NULgqlEQszU http://www.videos-star.com/watch.php?video=0Q_5i2ePcho


Hidrógeno: El hijo del viento

La necesidad de disponer de energía es bien conocida. En la mayoría de las sociedades se la necesita para sustentar el modo de vida de millones de personas que demandan una calidad y expectativas de vida considerada deseable dado el desarrollo alcanzado por la humanidad. En la búsqueda de generar energía eléctrica el hombre ha explorado varios caminos. Ha quemado combustibles fósiles (generación térmica); ha utilizado las caídas o flujos de agua (generación hidroeléctrica); ha recurrido a la fisión del combustible nuclear (generación nuclear); ha aprovechado la fuerza del viento (generación eólica) y la del sol (generación solar) y ha estudiado y explotado varias más. La generación térmica de electricidad ha sido hasta ahora a la que más recurrió porque: a) el combustible fósil está más disponible que un curso de agua utilizable, b) hasta fines del siglo XX se la consideraba más seguro que el uso de combustibles nucleares, y c) su quemado es más fácilmente manejable que las extensiones requeridas para obtener energía del viento o del sol.

Figura 1. Producción de hidrógeno Sin embargo, la utilización de combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas ha provocado, y todavía produce, un fuerte impacto negativo en el ambiente. Las emisiones de gases producto de la combustión (quema) de combustibles fósiles,


como el dióxido de carbono y los óxidos de nitrógeno han generado interferencias en el sistema climático, alterando e incrementando la función de efecto invernadero que cumple la atmósfera y contribuyendo a un calentamiento global con efectos en la biosfera. Por otro lado, estos recursos quemados no son renovables y dado el crecimiento de su uso para otros fines, su precio ha crecido sustancialmente en las últimas décadas. La energía nuclear no produce un impacto ambiental significativo; sin embargo, sus críticos argumentan que se trata de una fuente peligrosa en la operación y cuyos residuos son potencialmente contaminantes. Sus adherentes sostienen que estos riesgos son pequeños y que pueden reducirse aún más con nuevas tecnologías en reactores. Esto hace que su uso requiera al menos una continua y laboriosa demostración de inocuidad y seguridad. Comparte con los combustibles fósiles la característica de ser una fuente no renovable por lo que, cuanto mayor sea la demanda, mayores serán los costos. Lo expresado resume muy brevemente el estado de cosas. Es necesario recurrir, en el corto plazo, a fuentes de energía que posibiliten un desarrollo sustentable en un ambiente menos agredido. De estas, las denominadas renovables y de mínimo impacto ambiental son las que deben priorizarse.

Hidrógeno

Figura 2. Usos del hidrógeno como combustible Ejemplos de fuentes de energías renovables, no contaminantes, son la eólica y la solar, pero en ambos casos se trata de fuentes de energía de generación discontinua. Esto quiere decir que la capacidad instalada no está disponible el 100% del tiempo.


En las instalaciones eólicas por ejemplo llega a lo sumo al 40%, porque para generar energía con su máxima potencia necesita vientos mayores a los 40 km/h, que no sean demasiado fuertes y que persistan en el tiempo. A su vez, estas fuentes necesitan ser almacenadas de alguna forma para poder ser utilizadas posteriormente. En la actualidad, el modo más aceptado de almacenamiento y posterior uso en la generación de energía es mediante el hidrógeno. El hidrógeno, si bien es abundante, no se encuentra libre en la naturaleza, por lo que debe ser producido. Es parte componente de dos formas esenciales para la vida como son los hidrocarburos y el agua y, a partir de ellos, se lo obtiene por métodos de separación relativamente sencillos. Para separar hidrógeno se necesita energía y es ésta la razón por la cual no se considera a este una fuente primaria sino un vector. Un aspecto que hay que hacer notar acerca del hidrógeno es que su uso puede ser limpio o no. No es limpio cuando, como parte de los hidrocarburos es el elemento que junto con el carbono genera energía por combustión (energía térmica) o por explosión (energía de expansión-mecánica). En forma limpia el hidrógeno puede oxidarse por reacción electroquímica, inversa a la electrólisis, en una celda de combustible a partir de la cual se produce energía eléctrica. La ventaja de la utilización de hidrógeno ‘puro’ como combustible es que en cualquiera de los casos mencionados da lugar a una generación de energía totalmente limpia, al obtenerse agua como desecho resultante. Para obtener hidrógeno libre es necesario entregar energía, como ya se dijo. Si la energía utilizada para obtener este proceso fuera igual o mayor a la que se producirá con hidrógeno, y esta fuese además contaminante, no tendría sentido generarla de este modo. La realidad es que, con el hidrógeno, se debe entregar más energía que la que se obtiene de su uso en la generación, por lo que es conveniente producir hidrógeno con energías limpias para acumular el producto de estas en las situaciones en las que no sea necesario disponer de su energía en forma directa, es decir a medida que se produce. Por ello, la producción de hidrógeno más eficiente es la que se realiza mediante la utilización de energías renovables y no contaminantes, como la eólica, solar u otras discontinuas, para su acumulación. También es eficiente a partir de fuentes no contaminantes que generan en forma continua (denominadas por ello de base) como la nuclear, en los momentos en que existe un excedente por menor demanda de utilización directa de ella. Por todo esto es que se están desarrollando proyectos con alguna de estas características.


Proyecto Eólico-Hidrógeno En la región patagónica de nuestro país existen vientos en abundancia, de apreciable intensidad y continuidad, aspectos ambos que permiten un aprovechamiento eólico significativo. En la provincia de Chubut es donde se dio, por razones históricas y de decisión a nivel del gobierno provincial, el mayor desarrollo de la generación eólica en el país (entre el 60 y el 70%) implementado esencialmente mediante el Centro Regional de Energía Eólica (CREE). Este centro, con sede en la provincia, fue creado en 1985 por la Secretaría de Energía de la Nación juntamente con el gobierno de Chubut y fue solventado por la secretaría desde su fundación hasta 1987; fecha a partir de la cual el gobierno provincial se hizo cargo administrativa y económicamente. Por propuesta del CREE y con el apoyo del gobierno de la provincia se generó el Proyecto Eólico-Hidrógeno para analizar, estudiar y desarrollar el método de almacenamiento y producción de energía con hidrógeno en el que se utilice la generación eólica para producir hidrógeno libre. Se decidió que los mejores resultados del proyecto se obtendrían mediante la producción de hidrógeno a partir de la electrólisis del agua y su utilización en una celda de combustible, dada la experiencia y desarrollo obtenido por los grupos que ya trabajan en el país y de lo existente sobre el tema a nivel internacional.

Experiencia local y desarrollos internacionales De las actividades que sobre la tecnología del hidrógeno se están llevando a cabo en nuestro país se destacan, sin desmedro de otras, las de las siguientes instituciones: el Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas (INIFTA), que depende de la Universidad de La Plata y del CONICET, se destaca por sus trabajos en electroquímica, en particular en lo referido a celdas de combustible y a los distintos modos de almacenar el hidrógeno, que han permitido lograr importantes avances en esos campos; la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), a través de su Instituto de Energía Desarrollo Sustentable (IEDS), en relación también con el desarrollo de celdas de combustible y de almacenamiento; las universidades nacionales del Litoral y la de Buenos Aires, junto con la Universidad Tecnológica Nacional, han adquirido experiencia en la combinación de electrólisis con energía eólica. Como proyecto integral cabe mencionar la planta experimental Eólico-Hidrógeno que se instaló en Pico Truncado, provincia de Santa Cruz, en la cual se produce hidrógeno en un electrolizador de baja potencia, que ha sido donado por la universidad de Québec à Trois Rivières de Canadá. Este hidrógeno será utilizado en un vehículo y permitirá


realizar experiencias con un grupo electrógeno accionado por un motor de combustión interna. En el campo internacional se pueden mencionar varias experiencias recientes y algunas por concretarse; como por ejemplo aquellas europeas a las que haremos referencia en los siguientes párrafos. A finales de 2004 se instaló en Bélgica, en una estación de servicio, un sistema de pila (celda) de combustible con cogeneración (procedimiento mediante el cual se obtiene simultáneamente energía eléctrica y energía térmica útil) para producir 4,6 kilovatios (kW) de energía eléctrica para alimentarla y 6 kW de energía térmica para precalentar agua para lavar automóviles. En España existe el proyecto de instalar en el parque eólico experimental Sotavento, un sistema de producción de hidrógeno con un electrolizador cuya capacidad es de sesenta metros cúbicos por hora de hidrógeno en condiciones normales de presión y temperatura, esto es 60 Nm3/h, alimentado con energía eléctrica proveniente de aerogeneradores. El electrolizador producirá hidrógeno a baja presión que luego se comprime para reducir el volumen de almacenamiento en cilindros de acero a unas doscientas veces la presión atmosférica (200 bar). Para la posterior conversión a energía eléctrica, se emplea un equipo motogenerador de 60 kW eléctricos (figura 3).

Figura 3. Proyecto Sotavento


La experiencia europea quizás más integral y de mayor potencia es quizás el proyecto de Utsira, isla que se encuentra al sudoeste de Noruega, y que comenzó su producción entre fines de 2003 y comienzos de 2004. Este sistema consta de dos turbinas eólicas de 0,6 megavatios (MW) cada una, con un equipo de estabilización de la red de modo de entregar energía a esta y al electrolizador con el que se produce hidrógeno. El electrolizador produce 10 Nm3/h de hidrógeno, con el que se alimenta una celda de combustible de 55 kW; cuenta con tanques de almacenamiento a unas doscientas veces la presión atmosférica con capacidad de 2400 Nm3. El conjunto Utsira permite alimentar en forma autónoma a los diez domicilios que conforman el poblado, y disponer de hasta dos días sin viento con consumo (carga) máximo de 55 kW, lo que lo hace único en su tipo (figura 4).

Proyecto Arroyo Verde (Chubut) Con el fin de realizar una experiencia integral de utilización de energía eólica con las características de los vientos patagónicos, se realizará en el CREE una experiencia con baja potencia que permitirá, a mediano plazo, implementar una utilización industrial de esta tecnología tanto en lo que se refiere al almacenamiento de energía como a su utilización en el transporte u otros propósitos.


Figura 4. Planta de Utsira, Noruega

Así se decidió, en función de los desarrollos locales y del avance tecnológico existente a nivel internacional, la compra de un electrolizador de última generación con una membrana de intercambio protónico (PEM, sigla en inglés de proton exchange membrane) desarrollada y fabricada por Proton Energy, una empresa de EEUU. Este electrolizador produce un metro cúbico de hidrógeno normal por hora con una pureza del 99,9995% lo que permite utilizarlo directamente en una celda de combustible. La demanda de energía del electrolizador es de 3,5 kilowatt.hora por metro cúbico normal de gas hidrógeno (3,5 kW.h/Nm3) lo que resulta en una eficiencia mucho más grande que la de un electrolizador convencional cuya demanda es aproximadamente un 40% mayor (5 kW.h/Nm3). Se trata, además, del primer electrolizador PEM que se pondrá


en funcionamiento en Latinoamérica. Para almacenar el hidrógeno producido se adquirieron cuatro tanques de hidruro de 720 litros cada uno, que permite contenerlo a temperaturas ambientales y a bajas presiones, por lo que se hace innecesario un compresor de hidrógeno. El proceso aguageneración de energía-agua se completa con una celda de combustible tipo PEM de 2 kW, de origen estadounidense, en la que se genera energía eléctrica a partir del hidrógeno producido. La alimentación eléctrica para el electrolizador será provista por un aerogenerador de unos 15 a 30 kW. El sistema completo responde esquemáticamente al de Utsira, representado en la figura 4, pero sin el estabilizador de la red ya que este no estará conectado a ninguna red por tratarse de un sistema de mucha menor potencia. El diagrama del proceso completo es el que se muestra en la figura 5.

Figura 5. Diagrama del proceso completo del proyecto eólico Arroyo Verde en la provincia de Chubut. Se destaca el electrolizador PEM en el centro, donde se genera, el hidrógeno que es luego almacenado en los tanques. El gas pasa a las celdas de combustible que generan energía eléctrica con una potencia de 2kW. El proceso de generación del hidrógeno es alimentado por molinos de viento, un recurso renovable y no contaminante.

El destino final del equipamiento está previsto en el paraje Arroyo Verde, un pequeño poblado al noreste de la provincia de Chubut, en el límite entre esta y la de Río Negro,


sobre la ruta nacional 3. Su puesta en marcha y prueba de funcionamiento se realizará en Rawson en las instalaciones del CREE, y por personal perteneciente a este Centro. Este es un primer paso en la dirección de generar energía con fuentes renovables y no contaminantes. También actúa como una suerte de prueba piloto que sirve para atraer a otros grupos científico-técnicos que en la actualidad trabajen en la tecnología del hidrógeno. A través del intercambio de información y de colaboración, se contribuirá y enriquecerá el desarrollo de esta tecnología en nuestro país. Lecturas sugeridas ACADEMIA NACIONAL DE CIENCIAS EXACTAS, FÍSICAS Y NATURALES, 2004, Hidrógeno y la energía del futuro, serie Publicaciones Científicas Nº 1, ANCEFN-ANI, Buenos Aires. Ver aquí trabajos de los principales referentes del tema en la Argentina. Páginas de internet: El proyecto español puede encontrarse en: http://www.sotaventogalicia.com/area_tecnica/ py_produccion_hidrogeno.php El proyecto de la isla de Utsira aparece en: http://www.hydro.com/en/press_room/features/utsira_lighthouse.html Por: Hugo Perl Licenciado en Ciencias Físicas, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, UBA. Asesor del Centro Regional de Energía Eólica (CREE), Gobierno de la provincia de Chubut. Responsable del Proyecto de Investigación Eólico-Hidrógeno, CREE. Profesor en postgrado de ‘Reactores Nucleares’ del Instituto de Tecnología Nuclear ‘Dan Beninson’, UNSAM-CNEA. Fuente: Revista Ciencia Hoy Volumen 17 - Nº 100 - Agosto - Setiembre 2007 Vea también nuestros contenidos de IMPACTO AMBIENTAL http://www.estrucplan.com.ar/articulos/verarticulo.asp?IDArticulo=1675 pagina Argentina Que tiene un proyecto de hidrogeno para generar energía eléctrica apartir del vapor de agua que sale del tubo de escape de un auto de combustible de hidrogeno


El futuro y el cómo del combustible de Hidrógeno Terra Motor publica un interesante reportaje sobre el futuro de los combustibles de automóviles. Analiza a fondo los pros y los contras de esta tecnología y el por qué aún no contamos con ellas cuando nos encontramos en una era de grandes avances. Sobre el principal problema del hidrógeno: Para empezar, porque se necesita otra energía para obtener el hidrógeno puro. Una vez logrado, viene el problema de su almacenaje: estamos ante un gas muy inestable y volátil (de no aislarse bien, se convierte en una bomba incendiaria). Debe conservarse a una temperatura extremadamente baja (a unos 253 grados bajo cero) o a una presión muy alta. Esto se ha conseguido para grandes máquinas como los cohetes o los submarinos. Sin embargo, el gran problema es conseguir un sistema económico y, sobre todo, seguro. Existen diferentes métodos para conseguir el preciado gas, aunque los principales se detallan aquí: A partir de hidrocarburos: la gasolina está compuesta de hidrógeno y carbono. Mediante un catalizador se arranca el hidrógeno de la gasolina y se envía, en forma gaseosa, a la pila de combustible. Los detractores de esta tecnología aseguran que termina siendo contaminante; sin embargo, la cantidad de CO2 que se emite a la atmósfera es mínima. Además, también se puede conseguir de combustibles “verdes? (los biocarburantes). A partir del gas natural y vapor de agua. Hoy por hoy, la opción más barata para producir el hidrógeno es el gas natural, mediante la denominada tecnología


del reformado con vapor. Es también la opción menos contaminante a partir de combustibles fósiles. A partir del agua mediante electrólisis: una corriente eléctrica descompone el agua en hidrógeno y oxígeno. Pero ¿cómo obtener esta electricidad? Centrales nucleares, energía eólica, solar… hay que sopesar si su producción no contaminará más y resultará más cara que los beneficios que puede conseguirse con coches de hidrógeno. Además, se cita el cómo funciona el principal sistema de pila de combustible que se ha diseñado hasta ahora: ¿Qué se hace con el hidrógeno? Aquí entran en juego las denominadas pilas de combustible: convierten ese gas en electricidad. Para ello, incorporan una especie de membrana que pone en contacto el hidrógeno con el aire ambiental. La mezcla genera reacción eléctrica que se canaliza hacia el motor. Para hacernos una idea, estaríamos ante una especie de baterías que no necesitan nunca ser recargadas. ¿Y cuando nos vayamos de viaje de donde sacamos el combustible? Por eso, los fabricantes de coches utilizan para sus demostraciones hidrogeneras móviles. Nosotros ya las hemos visto en funcionamiento y no difieren en nada de las gasolineras tradicionales. Al menos, en apariencia. Estos depósitos mantienen el hidrógeno en estado líquido, por lo que debe estar a temperaturas muy bajas (menos de 200 grados bajo cero), y lo inyectan dentro del coche de manera completamente hermética, para evitar fugas. También se baraja la posibilidad de crear una especie de red de reparto de bombonas de hidrógeno. Sería un negocio similar al utilizado en algunas ciudades con el gas para los domicilios. La idea es crear pequeñas cápsulas para insertar en los coches. El problema: los vehículos tendrían una autonomía limitada y los usuarios tendrían que estar muy atentos a que su despensa de bombonas no se acabase. Y finalmente responden brevemente a la gran pregunta que se hace la mayoría de la gente. ¿Es seguro este sistema? El hidrógeno tiene que enfrentarse a la historia. En 1937, un gran dirigible alemán, el Hindenburg, repleto de este gas, estalló en pleno vuelo: murieron 35 personas. Esta especie de “Titanic de los zepelines? sirvió para apartar el hidrógeno de los vuelos aerostáticos y sustituirlo por el helio. Muchos se preguntan si este mal no podría trasladarse a los automóviles. Sin embargo, con el paso de los años, se ha descubierto que el Hindenburg ardió por los materiales utilizados en la construcción de la aeronave. No por el hidrógeno. Es cierto que éste es un gas altamente inflamable y muy explosivo,


pero –según muchos expertos-, tratado adecuadamente, no resulta más peligroso que el petróleo y la gasolina almacenada en el depósito de los coches. Además, los fabricantes de vehículos han desarrollado duras pruebas para estos vehículos: en algunas, se incluyen disparos de bala a los coches, para ver si llegarían a arder.

honda fcx La característica más llamativa del vehículo eléctrico con célula de combustible (FCEV) FCX Clarity— además de la célula de combustible— es el diseño estilizado hecho realidad gracias a los componentes compactos y eficientes del tren de potencia.

Miremos los pasos numerados para conocer cada etapa del proceso. 1. Tanque de hidrógeno – almacena hidrógeno 2. Pila de células de combustible vertical (V-Flow) – genera electricidad 3. Batería de iones de litio – almacena electricidad 4. Unidad de propulsión de energía (PDU) – controla el flujo eléctrico 5. Motor de propulsión eléctrica – impulsa el vehículo

rendimiento Desde un comienzo, los ingenieros de Honda diseñaron este automóvil para que fuera muy divertido al conducir. El vehículo eléctrico de célula de combustible (FCEV) FCX Clarity tiene un motor eléctrico suave y potente para brindar una grandiosa experiencia de conducción en su totalidad. La información recabada de múltiples generaciones de vehículos con


célula de combustible de Honda rinde frutos hoy. En comparación con el modelo anterior, el tren de potencia de este FCX Clarity FCEV de nueva generación: ● ● ● ●

Es más de 397 libras más liviano Tiene una proporción potencia-peso 120% mejor El combustible rinde un 20% más Es un 45% más compacto y un 10% más eficiente en el uso de la energía

No contaminante Primero, lo fundamental: el FCX Clarity es un vehículo eléctrico. El vehículo de célula de combustible está impulsado por un motor eléctrico que funciona a electricidad generada por una pila de células de combustible impulsadas por hidrógeno. El motor eléctrico E-Drive de Honda de mayor eficiencia te permite conducir con la conciencia tranquila al saber que estás ayudando a reducir la cantidad de CO2 que se libera a la atmósfera. El motor coaxial compacto es más silencioso y puede funcionar a más revoluciones por minuto, para una mayor eficiencia y velocidad. Opta por la verticalidad La pila de células de combustible Vertical Flow (V-Flow) es una de las más grandes revoluciones de Honda en esta área. Su nuevo diseño es más pequeño, lo que permite una mejor eficacia en el apilamiento. Con una pila más pequeña hay espacio para más personas. Este diseño ingenioso permite una mayor estabilidad de voltaje de células y reduce la cantidad de calor generado. La gravedad también ayuda a drenar el exceso de agua. Energía agregada El compacto y muy eficaz paquete de batería de iones de litio se usa como una fuente de energía complementaria que captura la energía que se pierde al desacelerar y frenar. La nueva batería de iones de litio brinda un rendimiento mejorado y una recuperación de energía en un paquete más compacto y liviano. La nueva batería es mucho más pequeña y liviana que el condensador de alta capacidad del FCX 2005, lo que permite ubicarlo debajo del asiento trasero. Brinda más espacio para los pasajeros y un baúl más grande. Perfil bajo ¿Elegante? Sin dudas. Es hora de mirar de otra manera al FCX Clarity FCEV. Este nuevo modelo tiene un piso más bajo y un diseño general más refinado gracias a la integración de la pila más compacta y a un tren de potencia más pequeño. Los delgados pilares en forma de A mejoran la visibilidad. El chasis plano inferior reduce la resistencia aerodinámica y mejora la eficacia


seguridad

Creemos que los altos estándares de seguridad se pueden aplicar a todos los vehículos, incluso a los más innovadores. Seis bolsas de aire, estructura de la carrocería construida de una sola pieza reforzada y un sistema de frenos con atenuación de impacto™ (CMBS™) son características estándar. Creemos que los altos estándares de seguridad se pueden aplicar a todos los vehículos, incluso a los más innovadores. Y el vehículo eléctrico de célula de combustible (FCEV) FCX Clarity superó los mismos exámenes requeridos por la NHTSA y por las normas de seguridad federales estadounidenses que los otros modelos de Honda. Por lo tanto, puedes conducir el FCX Clarity FCEV con confianza. Las seis bolsas de aire son estándar. El sistema estabilizador del vehículo™ (VSA®) y el sistema de distribución electrónica de frenado (EBD) vienen estándar. Incluso cuenta con un sistema de frenos con atenuación de impacto™ (CMBS™). La última innovación para el copiloto


Honda Motor Co., Ltd introdujo en el año 2003 el Sistema de frenos con atenuación de impacto™ (CMBS™), y ahora lo incorporamos al FCX Clarity FCEV. CMBS™ puede ayudar a alertar al conductor de algunos choques posibles y, mediante el uso de alertas visuales y sonoras más el tirón automático del cinturón de seguridad, advierte al conductor que debe actuar. Si el choque es inevitable, el sistema repliega los cinturones de seguridad de los asientos delanteros automáticamente y aplica fuerza de frenado para reducir la velocidad del vehículo a fin de disminuir la fuerza del impacto*. Honda también ha tomado precauciones de seguridad con respecto a la seguridad de la recarga y del sistema de combustible de hidrógeno http://www.youtube.com/watch?v=VgnYEkAXobE&feature=player_embedded


proyecto hidrogeneradro