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CELDAS DE COMBUSTIBLE
INTEGRANTES:
LINA MARCELA BARRETO OLMOS
CODIGO: 20122279047
EDISON GUTIERREZ RIVERA
CODIGO: 20132579010
JULIAN DAVID GONZALEZ SACHICA
CODIGO: 20122279006
CARLOS CHAVES
CODIGO: 20132579050
PRESENTADO A:
PROFESOR, HUMBERTO GARCES RENDON
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FISICA AMBIENTAL
INGENIERIA CIVIL
FACULTAD TECNOLOGICA
BOGOTA 21 DE NOVIEMBRE DE 2014
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INTRODUCCIN
La bsqueda de nuevas alternativas para obtener energa ha sido
por mucho tiempo una
de las principales metas de la ciencia, ya que una nueva fuente
de energa podra ayudar
al mejoramiento de la tierra y evitar catstrofes como las que se
avecinan si seguimos
explotando nuestro hbitat, la fuente principal de energa en la
actualidad es la quema de
combustible fsil en los pases subdesarrollados, y esta es la
causa ms relevante de
contaminacin y calentamiento global acelerado de nuestra
tierra.
Hoy en da se usan diferentes fuentes alternativas de energa:
energa nuclear, energa
biomasa, energa geotrmica, entre otras, en este caso se hablara
de una fuente de
energa poco nombrada las celdas de combustible, las cuales
consisten en la
transformacin de energa qumica en elctrica, sin combustin y sin
contaminar el aire ni
el agua, en un proceso directo y continuo mediante reacciones de
reduccin y oxidacin
en presencia de un catalizador, y elimina los productos de la
reaccin.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
1. Entender el proceso por el cual la energa qumica se convierte
en energa
elctrica, asi como su aplicacin mediante las celdas de
combustin.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
1. Conocer el funcionamiento de las celdas de combustin,
aplicaciones y usos
2. Determinar el trabajo del hidrogeno en el funcionamiento de
las celdas de
combustin
3. Aprender el principio de conversin usado en una celda de
combustin para
transformar la energa qumica en elctrica
HISTORIA
Sir William Grove, (1811-1896) Abogado y cientfico amateur,
nacido en Gales, en 1839,
creo laBatera a gas con (cido sulfrico y platino), en 1842,
implemento Cadena de
gas utilizando la energa en electrlisis.
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Francis Bacon, Ingeniero qumico de la Universidad de Cambridge,
Inglaterra, en 1930
Realiza importantes avances en un nuevo tipo de celda en 1950,
Bacon produce un celda
alcalina. Utiliza como electrolito (KOH) y electrodos de
Nquel.
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En 1960 se construy la (Fuel Cell) celda de combustible, en
Windsor, Connecticut,
desarrolla planta energtica para la misin Apolo de la NASA,
Desde entonces se ha
desarrollado diversos tipos de FC para variadas Aplicaciones,
pero an su costo es
elevado.
CELDAS DE COMBUSTIBLE
En principio, una celda de combustible opera como una batera.
Genera electricidad
combinando hidrgeno y oxgeno electroqumicamente sin ninguna
combustin. A
diferencia de las bateras, una celda de combustible no se agota
ni requiere recarga.
Producir energa en forma de electricidad y calor mientras se le
provea de combustible.
El nico subproducto que se genera es agua 100% pura.
Es una alternativa amigable con el medio ambiente para la
generacin de potencia y su
impacto en el desarrollo sostenible de Colombia en el Siglo XXI.
Una celda de combustible
es una eficiente batera elctrica que funciona con hidrgeno. Como
residuo solo entrega
agua y algo de calor.
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La utilizacin en un futuro prximo de las celdas de combustible
como fuente de
generacin de potencia; as como tambin de su forma de operacin,
su eficiencia y
rendimiento, previa descripcin de la misma.
Que es una celda de Combustible
Las celdas de combustible son aparatos electroqumicos anlogos a
la batera
convencional: ambos poseen electrodos positivos y negativos y un
electrolito. Sin
embargo, a diferencia de las bateras, que pueden suministrar
potencia solo por un
tiempo definido, luego del cual hay que recargarlas o
remplazarlas, la celda de
combustible gracias a que absorbe nuevos suministros de
combustible permanentemente
puede operar continuamente, es decir, produce electricidad
mientras est siendo
alimentada con combustible y oxidante.
Las celdas de combustible son un posible candidato para ser
energa renovable y no
contaminante adaptable a todos los lugares del mundo, convierten
permanentemente
sustancias qumicas en electricidad a travs de una serie de
reacciones qumicas. Sus
ventajas son muchas. Las celdas de combustible son silenciosas y
ms eficientes para
obtener energa que la quema de combustibles fsiles. Muchas de
ellas actualmente
tienen una eficiencia de hasta el 60% y, con algunas
modificaciones tecnolgicas podran
alcanzar casi un 100%.
La mayora de las celdas de combustible utilizan hidrgeno como
combustible en lugar de
petrleo. Por lo tanto, no producen emisiones no contaminantes o
muy poco
contaminantes, lo que depende del tipo de celda de combustible.
El agua y, para algunos
tipos de celdas, el calor son los principales derivados del
funcionamiento de las celdas de
combustible. Si la celda puede utilizar combustible que no est
purificado, se libera un
poco de dixido de carbono (CO2). Sin embargo, la cantidad de
estas emisiones es mucho
menor que las que se producen al quemar carbn o gasolina.
Una celda de combustible es un sistema de flujo estable, en el
cual el combustible y el
oxidante se suministran desde una fuente externa que provee un
medio de transformar
energa qumica en elctrica, sin combustin y sin contaminar el
aire ni el agua, en un
proceso continuo y directo mediante reacciones de reduccin y
oxidacin en presencia de
un catalizador, y elimina los productos de la reaccin. De manera
ideal, no hay cambio en
la composicin qumica del electrolito o de ambos electrodos.
La reaccin qumica que ocurre en la celda de combustible es
isotrmica y continua. Las
celdas de combustible no estn limitadas por el principio de
Carnot, por lo que pueden
alcanzar una mayor eficiencia terica en la conversin de energa,
mientras que las
reacciones de combustible involucren grandes variaciones de
temperatura, lo cual genera
energa como calor o calor de trabajo. Las perdidas excesivas que
producen en los
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sistemas de conversin de energa de varias etapas pueden evitarse
mediante el uso de
celdas de combustible que hacen la conversin en un proceso de
una sola etapa.
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Obtencin del hidrogeno
El hidrgeno se puede obtener del agua; este procedimiento es
llamado electrlisis del
agua, la ventaja de esta forma de obtener hidrgeno es que puede
ser efectuada en
cualquier lugar.
Otra forma un poco menos "elegante" de obtenerlo es mediante
aceite o gas natural. La
manera es separando el hidrgeno del carbono de la sustancia,
aunque de esta forma se
tiene dixido de carbono de residuo.
Aplicaciones de las celdas de combustible
Las celdas de combustible son muy verstiles y tiles, sobre todo
en reas remotas como
granjas, barcos, lugares extremos, bases militares o incluso
estaciones espaciales. Las
celdas de combustible en base a hidrogeno pueden ser pequeas,
livianas y adems no
tienen partes mviles.
Este medio de energa es altamente fiable necesitando detenerse,
en casos ptimos, un
minuto cada 6 aos.
Debido a que en el proceso de generar energa elctrica tambin se
genera calor, y
pensando en el uso hogareo, las celdas de combustible son
multipropsito ya que el
calor mencionado se podra usar por ejemplo para calentar agua o
calefaccin de la casa.
Hay quienes pronostican que incluso ser posible comercializar el
excedente de energa
elctrica (a travs del tendido elctrico).
La industria automotriz ha hecho, y contina innovando
diariamente en el desarrollo de la
celda de combustible, entre el listado de marcas se encuentran:
Peugeot, Citron,
Renault, Volkswagen, Volvo, Mazda, Nissan, Toyota, Honda, entre
otras compaas.
Existe tambin un submarino que funciona en base a las celdas de
combustible, es el Type
212A, un submarino alemn que usa celdas desarrolladas por
Siemens. Este submarino
funciona con 9 propulsores y tiene autonoma de varias semanas
bajo el mar.
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Sistemas de celdas de combustible
Una nica celda de combustible no produce suficiente electricidad
para la mayora de los
usos.
Para producir una cantidad adecuada de energa, las celdas de
combustible se colocan en
bateras de celdas de combustible. El tamao de esta batera
depende de la cantidad de
electricidad necesaria para el uso previsto, el tipo y el tamao
de la celda de combustible,
su temperatura operativa y la presin de los gases
involucrados.
Algunos sistemas de celdas de combustible utilizan hidrgeno puro
como combustible; sin
embargo, muchas otras usan hidrgeno no purificado o
hidrocarburos, como el metanol,
la gasolina o el disel. El problema con estos combustibles
radica en que contienen
molculas, como las de sulfuro de hidrgeno o de carbonilo, y
estas molculas pueden
"envenenar" las celdas de combustible y reducir
considerablemente su eficacia. Las celdas
de combustible que utilizan este hidrgeno no purificado o
combustibles hidrocarburos
necesitan utilizar un procesador de combustible. Este procesador
de combustible
convierte el combustible rico en hidrgeno en una sustancia que
la celda de combustible
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pueda utilizar. El tipo de proceso realizado depender del
combustible. Con el hidrgeno
casi puro slo es necesario filtrarlo. Los hidrocarburos deben
convertirse en compuestos
de gas hidrgeno y carbono, una mezcla denominada reformado. En
algunos casos, este
reformado tambin necesita que se lo procese para eliminarle las
impurezas antes de que
se lo pueda utilizar en la celda de combustible. Las celdas de
combustible que operan a
temperaturas muy altas pueden realizar este proceso en su
interior. El proceso de
reformado genera un poco de CO2, aunque siempre en menor
cantidad que la que genera
un tpico motor de combustin.
La electricidad generada por las celdas de combustible
constituye una corriente continua
que fluye en una direccin. Sin embargo, la mayor parte de la
electricidad que se le
suministra a casas y empresas es de corriente alterna, que fluye
en ambas direcciones en
ciclos que se alternan. Tambin se deben controlar el flujo, el
voltaje y la frecuencia de
una corriente elctrica, por lo que las celdas de combustible
necesitan inversores y
acondicionadores de corriente para adaptar la electricidad
generada.
La pieza final de un sistema de celdas de combustible consiste
en el sistema de
recuperacin del calor. Las celdas de combustible generan
bastante calor o muchsimo
calor durante su funcionamiento, lo que depende del tipo de
celda. A este calor se lo
puede utilizar para producir vapor para operar una turbina o un
generador y generar as
ms electricidad. De esta forma se incrementa la eficiencia
energtica de un sistema de
celda de combustible.
Tipos de celdas de combustible
En este momento estn en desarrollo muchas celdas de combustible
en laboratorios de
todo el mundo. Cada una de ellas utiliza distintos electrolitos
y catalizadores y funcionan a
diferentes temperaturas operativas. Entre otras diferencias
podemos mencionar su
eficiencia energtica y la durabilidad del material. Algunas de
estas celdas de combustible
deben funcionar slo a base de hidrgeno puro, en tanto que otras
pueden extraer el
hidrgeno de combustibles fsiles.
Estas diferencias hacen que determinadas celdas de combustible
sean ms adecuadas
para usar en automviles o autobuses, mientras que otros tipos de
celdas funcionan
mejor para usos estticos, como la generacin de electricidad.
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Una de las primeras celdas de combustible desarrollada fue la
celda de combustible
alcalina.
Este tipo de celda ha generado electricidad y agua en el espacio
para el programa espacial
de los Estados Unidos desde las misiones Apolo, en la dcada de
1960. Otra primitiva
celda de combustible que an se utiliza es la celda de
combustible de cido fosfrico. En
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este momento an funcionan ms de 200 unidades de estas celdas de
combustible de
primera generacin. La mayor parte de ellas producen electricidad
para edificios, pero
algunas propulsan vehculos como autobuses.
Las celdas de combustible de carbonato fundido, originariamente
desarrolladas a
mediados de la dcada de 1960, hoy en da se fabrican para uso
industrial, militar y en
servicios pblicos. El motivo principal: funcionan a altas
temperaturas, alrededor de 650
C (unos 1.200 F). Desde la dcada de 1950, los investigadores han
trabajado con celdas
de combustible de xido slido.
Estas celdas tambin funcionan a altas temperaturas y por ello es
muy probable que se las
utilice para generar electricidad destinada a edificios y
servicios pblicos.
La celda de combustible de membrana de electrolito polimrico,
tambin denominada de
membrana de intercambio de protones (PEM) est en desarrollo con
el fin de que
reemplace los motores de gasolina y disel. Al igual que muchas
de las otras celdas, en un
primer momento
estas celdas proporcionaron electricidad a las naves espaciales.
Las celdas PEM viajaron al
espacio con la misin estadounidense Gemini de la dcada de 1960.
Estas celdas
funcionan a una temperatura relativamente baja de 100 C (212 F),
por lo que obtienen
una capacidad operativa total bastante rpidamente, algo muy
importante para su uso en
transportes.
Las celdas de combustible de metanol directo estn en sus
primeras etapas de desarrollo,
unos tres o cuatro aos detrs del resto de las tecnologas de
celdas de combustible.
Algn da, los pequeos dispositivos como computadoras porttiles y
telfonos celulares
se abastecern con celdas de metanol directo. Otro tipo de celda
en desarrollo es la celda
de combustible de zinc-aire. Esta celda es una especie de hbrido
entre una batera
tradicional y una celda de combustible. El nodo, que se hace de
zinc, se desgasta con el
tiempo y es necesario reemplazarlo. Algunos vehculos elctricos
ya utilizan este tipo de
celdas.
La mayora de las celdas de combustible utilizan hidrgeno
derivado de combustibles
fsiles, pero qu pasara si pudisemos reemplazar estos
combustibles fsiles por un
combustible renovable de hidrgeno? sta es la idea que da
fundamento a las celdas de
combustible regenerativas. El hidrgeno para la combustin se
obtendr de la fisin del
agua y, a su vez, el agua producida por la celda de combustible
se convertir en hidrgeno
a travs de la electrlisis. La electricidad necesaria para
realizar estos procesos podra
provenir de fuentes renovables de energa, como la energa solar o
elica. Este enfoque se
podra aplicar a cualquier tipo de celda de combustible de
hidrgeno. Aunque este tipo de
celdas eliminan el uso de combustibles fsiles y contaminantes,
no existe por el momento
la infraestructura necesaria para producir este tipo de energa a
partir del hidrgeno. Sin
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embargo, la Administracin Nacional de Aeronutica y el Espacio
(NASA por su sigla en
ingls), el organismo estadounidense dedicado al espacio, est
desarrollando un sistema
regenerativo a pequea escala, alimentado por paneles solares,
para utilizarlo en el
espacio.
EL HIDROGENO COMO FUENTE DE ENERGA
Debido a la necesidad que se tiene actualmente por reducir el
nivel de contaminantes
presentes en la atmsfera, ya que estos son los principales
causantes de problemas como
el efecto de invernadero, la variacin climatolgica , entre otros
que estn afectando
seriamente a la humanidad, surge la necesidad de buscar nuevas
soluciones que
contribuyan al mejoramiento de estos problemas sin recurrir a
limitaciones en la
produccin de energa, ya que esto implicara un retraso tanto en
el desarrollo econmico,
cultural, tecnolgico como en el investigativo de nuestro
pas.
Teniendo en cuenta que los beneficios e intereses de la energa
alternativa como solucin
energtica van ms all de la reduccin de costos nicamente, se
presenta adems que el
mayor uso de estas brindan, la oportunidad de reducir la
dependencia con los
combustibles fsiles como tambin de disminuir la contaminacin
ambiental, debido a
que causa un efecto notablemente menor sobre el medio
ambiente.
De lo expuesto anteriormente se llega a la conclusin de que una
buena solucin se
encuentra en cambiar de base energtica utilizando un combustible
con el cual se puedan
eliminar o reducir notablemente las emisiones de contaminantes a
la atmsfera y esto es
precisamente lo que se lograra con el uso de una fuente alterna
de energa. El
combustible que se propone como solucin es el hidrgeno.
Se ha seleccionado al hidrgeno como el combustible que puede dar
solucin a dichos
problemas debido a:
El hidrgeno cuya base de obtencin es el agua, es muy abundante y
puede ser
utilizado tanto en pases energticamente pobres como en los
ricos.
El hidrgeno puede ser utilizado como recurso energtico.
El hidrgeno puede sustituir a los combustibles utilizados
actualmente.
Los productos de combustin son considerados no contaminantes
o
contaminantes en muy bajo grado.
Este es un proyecto de bajos costos y competitivo.
El hidrgeno es una fuente de energa que puede ser almacenada,
transmitida y
utilizada para las necesidades energticas del presente y del
futuro.
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CONCLUSIONES
Estas celdas ya que son una fuente renovable de energa cuya
eficiencia es alta y
solo genera un subproducto el cual es agua pura, son en mi
opinin la mejor
opcin de energa.
Tambin sus aplicaciones son muy amplias como en el caso de
hospitales cuya
energa necesaria para su buen funcionamiento debe ser constante
y las celdas de
combustible ayudaran con este fin.
Las emisiones de agentes contaminantes en la atmosfera son muy
pequeos y no
generaran un impacto relevante en nuestro hbitat.
BIBLIOGRAFA
http://146.83.6.25/literatura/seminarios_charlas/Celdas.pdf
https://www.google.com.co/#output=search&sclient=psy-
ab&q=celdas+de+combustible&oq=celdas+de+combustible&gs_l=hp.3...272013.27
5108. 0.275378.21.9.0.0.0.0.0.0..0.0...0.0...1c.1.14.psy-
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