jueves, 20 de febrero de 2014

Proyecto Fuel Cell Energy



Proyecto Fuel Cell Energy

Este Blog lo realizamos con el fin compartir la evolución de nuestro proyecto a lo largo del semestre, el cual se hará bajo el funcionamiento de la energía Fuel Cell.

A continuación explicaremos un poco este tipo de energía que será muy importante para el futuro de las energías renovables



¿Que es Fuel Cell?
Fuel Cell o Pila de Combustible, es un dispositivo generador de energía que funciona de manera similar a una batería eléctrica, por medio de principios de Electrolisis y Electroquimica. Una de las ventajas de este generador de energía, es el re abastecimiento continuo, que es producido por fuentes externas como el Hidrógeno y Oxigeno. Sin embargo no puede producir mucha energía.



Para entender mejor el funcionamiento de Fuel Cell primero revisaremos uno de los principios básicos de la electroquimica como es la Materia o fuente portátil



Las baterías producen una reacción química, generan en su terminal negativo, una gran cantidad de electrones y en su terminal positivo se produce una gran ausencia de electrones. Cuando la batería se alimenta un circuito cualquiera, hará que por éste circule una corriente de electrones que saldrán del terminal negativo de la batería, (debido a que éstos se repelen entre si y repelen también a los electrones libres que hay en el conductor de cobre), y se dirijan al terminal positivo donde hay un carencia de electrones, de esta manera se produce la corriente eléctrica. El proceso químico no se presenta por tiempo indefinido, sino que después de algún tiempo deja de tener efecto.






Una pila transforma energía química en energía eléctrica, el Ánodo (lado negativo) sumergido en una disolución adecuada (electrolito) libera electrones que son captados por el Cátodo (positivo) y así se crea la corriente eléctrica





Una vez entendido el funcionamiento de la Batería, explicaremos como funciona Fuel Cell
  1. Cuando las moléculas de Hidrógeno entran al Ánodo, se deshace su enlace por las propiedades catalíticas del Ánodo, separando los electrones de la molécula. 
  2. Por el otro lado de la batería entran las moléculas de Oxigeno, el O2 pierde su enlace covalente, pero puesto que este no puede perder electrones, este no se ioniza. 
  3. Por lo anterior se genera un exceso de electrones en el Ánodo y una falta de electrones en el Cátodo, esto hace que los electrones del ánodo se desplacen hacia el cátodo por una línea conductora que los une, así se genera la corriente eléctrica. 
  4. En el ánodo cuando el hidrógeno queda sin electrones sus átomos se convierten en iones de carga positiva, que pasan por la membrana electrolica la cual solo permite que pasen iones de hidrógeno, así logran llegar al Cátodo. 
  5. En el cátodo el o2 se une con los electrones que venían desde la línea conductora y con los iones de carga positiva del hidrógeno que venían por la membrana electrolica formando moléculas de H2O o vapor de agua que es expulsado por un escape.


¿Que experimento vamos a realizar?



Materiales 



Batería de 9 

clip alambre de Batería de 9 V 

12 pulgadas de alambre de platino 

Corta alambres 
Clavo 
Cinta aislante o pegante 
Paleta de madera 
Vaso con agua 
Voltímetro 


Pasos

  1. Cortar el alambre en dos partes de 6 pulgadas cada uno. 
  2. Enreda el alambre a lo largo del clavo para formar resortes con el alambre que servirán de electrodos. Deja una pulgada de alambre libre y retira el alambre del clavo. 
  3. Corta a la mitad los cables del clip de la batería de 9 V y corta el plástico aislante de los cables al final del mismo 
  4. Enreda los cables con el alambre de platino que quedo suelto de los electrodos. 
  5. Pega los electrodos a la paleta de madera con una cinta y pega la paleta de madera con cinta al vaso. 
  6. Conecta el cable rojo a la parte positiva del voltímetro y el cable negro a la parte negativa. El voltímetro debe dar cero. 
  7. Pon la batería de 9 V en el clip de batería por un tiempo estimado. Esto hace que el agua en los electrodos se dividan en hidrógeno y oxígeno y se formaran burbujas. 
  8. Desconecta la batería, el platino permite que el hidrógeno y el oxígeno se vuelvan a combinar produciendo electricidad. 
  9. Conecta un bombillo en los extremos positivos y negativos que quedan disponibles donde estaba la batería y se encenderá. En el voltímetro se puede ver la cantidad de energía producida. 

¿Como generar hidrógeno mediante electrolisis del agua?

  • Llena con agua tres cuartas partes de un vaso de alrededor de 7.5cm de diámetro. 
  • Disuelve una cucharada de sal en el agua. La sal ayuda a conducir mejor la electricidad a través del agua. 
  • Coloca un trozo de cartón (un plato de papel funcionará) sobre la parte abierta del vaso. Introduce dos cables delgados, de aproximadamente 30-60cm de largo, a través del cartón, con una separación de unos 5cm de tal manera que el extremo del cable quede sumergido en el agua de 5 a 7 cm. 
  • Enrolla los otros extremos de los cables alrededor de las terminales positiva y negativa de una batería de 9 voltios. Comenzarán a formarse burbujas en los extremos sumergidos de los cables. En el cable negativo se formará hidrógeno y en el positivo se formará oxígeno.








Consejos:



La cantidad de los gases que se forman es directamente proporcional a la cantidad de corriente. La corriente se puede incrementar usando un voltaje más alto (por ejemplo, una fuente de 12 voltios), una resistencia menor (usando más sal) o acercando las terminales.





Usar solamente corriente directa



Materiales:

  • Agua
  • Cable eléctrico
  • Batería de 9 voltios o mas 
  • Sal o bicarbonato de sodio
  • Lápiz
  • Recipiente



Futuro de Fuel Cell



Basándonos en el informe realizado por la comisión europea sobre el futuro de la energía Fuel Cell y en el desarrollo de las tecnologías del hidrógeno, destacamos la siguiente información que nos indica cual es el camino hacia una economía del hidrógeno sostenible. 

En 2002 la Comisión Europea creó un grupo de alto nivel sobre el hidrógeno y las pilas de combustible al que se le encargó la redacción de un documento que reflejara las actividades de investigación y de tipo no técnico necesarias para pasar de la actual economía basada en la energía de los combustibles fósiles a una futura economía sostenible orientada al hidrógeno con convertidores de energía de pilas de combustible. Este informe contiene una serie de pautas para realizar una planificación estratégica futura y recomendaciones para profundizar los esfuerzos en investigación, desarrollo de las tecnologías del hidrógeno y de las pilas de combustible con el fin de allanar el camino hacia una economía del hidrógeno sostenible.

El informe subraya la necesidad de efectuar una planificación estratégica y de redoblar los esfuerzos en materia de investigación, desarrollo y despliegue de las tecnologías del hidrógeno y de las pilas de combustible. Formula asimismo unas recomendaciones generales relacionadas con la mayor estructuración del enfoque europeo en materia de política e investigación sobre energía, la educación y la formación y la sensibilización de los políticos y la población. Destaca entre sus recomendaciones la de establecer un Consorcio sobre tecnología del hidrógeno y las pilas de combustible y un Consejo consultivo para guiar este proceso.

En resumen, la combinación del hidrógeno y la electricidad representa una de las vías más prometedoras para hacer realidad la energía sostenible, mientras que las pilas de combustible constituyen el dispositivo más eficiente para convertir el hidrógeno, y posiblemente otros combustibles, en electricidad.

Retos para las pilas de combustible: 
  • Costo: Salvo en aplicaciones particulares como la generación de energía de reserva para las grandes instituciones financieras, las pilas de combustible suelen ser hoy demasiado caras para su introducción comercial.
  • Duración: Algunos sistemas de pilas de combustible han sido demostrados durante miles de horas, pero la mayoría aún debe ser sometida a prueba. 
  • Fiabilidad: Es preciso someter a prueba no solamente las pilas de combustible, sino también los equipos auxiliares, tales como los procesadores de combustible. 
  • Novedad: En la mayor parte de los mercados conservadores, cualquier tecnología nueva requiere un apoyo significativo para poder competir. 
  • Hacen falta avances tecnológicos decisivos para mejorar simultáneamente las prestaciones, la fiabilidad y el coste de las pilas de combustible. 
  • Infraestructura: Todavía no se dispone de repostaje, de procesos de fabricación a gran escala ni de infraestructuras de apoyo tales como personal formado para los sistemas de pilas de combustible. 

Vídeos de aplicación de Fuel Cell en experimentos caseros

Vídeo aplicación Fuel Cell
Hydrogen Fuel Co - Ballard explains PEM fuel cells
Hydrogen Fuel Co - PEM fuel cell explained by UTC Power

Glosario



  • Electrodo: Cada uno de los polos de una corriente eléctrica que se ponen en un líquido o un gas para que la electricidad pase a través de éstos 
  • Ánodo: es un electrodo en el que se produce una reacción de oxidación, mediante la cual un material, al perder electrones, incrementa su estado de oxidación. 
  • Oxidación: a toda reaccion quimica en la que uno o más electrones se transfieren entre los reactivos, provocando un cambio en sus estados de oxidación. 
  • Cátodo: es un electrodo en el que se genera una reacción de reduccion, mediante la cual un material reduce su estados de oxidación al aportarle electrones. 
  • Estado de Oxidación: es indicador del grado de oxidación de un atómo que forma parte de un compuesto u otra especie química. 
  • Electrolito: es cualquier sustancia que contiene iones libres, los que se comportan como un medio conductor electrico.

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