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

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.

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.

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.

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

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.

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.

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

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.

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

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

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.

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

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