Trabajo hidrogeno vehicular

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  • 1. HIDRGENO VEHICULAR PRESENTADO POR: DANIEL ARAMBURO CD: 5101405 GRELY C. GMEZ GALARZA CD: 6031044 PRESENTADO AL ING. LUIS GARCA GRUPO 1 FUNDACIN UNIVERSIDAD DE AMRICA ENERGAS ALTERNATIVAS BOGOT, D.C. 2012

2. TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIN 1. MARCO TERICO 1.1HIDRGENO 1.2 OBTENCIN 1.3 ALMACENAMIENTO 1.4 CELDAS DE COMBUSTBLE 2. ESTADO DEL ARTE 2.1VEHCULO DE HIDRGENO 2.2BARRERAS ACTUALES 2.3 OTROS MTODOS EN DESARROLLO PARA LA PRODUCCIN DEL HIDRGENO 3. CONCLUSIONES 4. REFERENCIAS BIBLIOGRFICA 3. INTRODUCCIN En la actualidad el consumo excesivo de combustibles genera cantidades masivas de CO2 durante el proceso de combustin, desde un punto de vista ambiental esta combustin constituye el principal causante de la emisin de gases de efecto invernadero, responsables del efecto de calentamiento global que sufre nuestro planeta y ante un rgimen energtico descomunal el cual llegar a un punto que tocar fondo en poco tiempo; sin embargo se ha acrecentado la bsqueda de alternativas que permitiran mantener el estilo de vida actual y la reduccin potencial de estos gases de efecto invernadero. Una de las posibilidades, ampliamente defendida por la comunidad cientfica, es la energa del hidrgeno. De hecho, ya se acu el trmino de economa del hidrgeno, que vendra a reemplazar a la actual economa de los combustibles fsiles. Esto supondra que en el futuro el desarrollo tecnolgico residira sobre el hidrgeno y no sobre los combustibles fsiles tal como ocurre en la actualidad. Estados Unidos, Japn y la Unin Europea apuestan firmemente por un desarrollo social y tecnolgico basado en la energa del hidrgeno, teniendo en cuenta las razones siguientes: Reduccin de la dependencia energtica Elevada eficiencia energtica Ausencia de emisiones de CO2 El uso de las celdas de combustible representa un desarrollo potencialmente revolucionario, ya que en lugar de utilizar combustin para generar electricidad utilizan la reaccin electroqumica entre el hidrgeno del combustible y el oxgeno del aire para producir electricidad, agua y calor. Los vehculos hbridos de combustin interna tienen un gran potencial para acelerar la introduccin del hidrgeno en el sector de los transportes, adems de contribuir con el problema de la polucin del aire en las ciudades. Las pruebas de ruta han sido realizadas con hidrgeno, dando como resultado una velocidad mxima de 125 km/h y un consumo estimado de 1 kg de hidrgeno por cada 100 km a una velocidad promedio de 90 km/h. La conversin del vehiculo es tcnicamente sencilla y econmica.1 1 D. Sainz, P.M. Diguez, C. Sopena , J.C. Urroz, L.M. Ganda. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicacin, Universidad Pblica de Navarra. Conversion of a commercial gasoline vehicle to run bi-fuel (hydrogen-gasoline) 4. 1. MARCO TERICO 1.1 HIDRGENO El hidrgeno no es una fuente de energa, sino un portador de la misma (un vector energtico), como la electricidad o la gasolina, debido a que no es un recurso energtico se debe producir a partir de diversas fuentes de energa mediante distintas tecnologas. En todos los procesos de produccin se debe tener en cuenta tanto el balance econmico como el energtico, puesto que pueden ensombrecer considerablemente la elevada eficiencia de conversin de los dispositivos de uso final. Por otra parte, puesto que el hidrgeno se almacena con dificultad, los costes de almacenamiento se deben incluir en el balance global. Por ltimo, como combustible que es, el hidrgeno est sujeto a una normativa de seguridad para su correcta manipulacin. El hidrgeno es el carburante ideal, ya que durante la oxidacin solamente se produce calor y vapor de agua. Por tanto, se trata de una energa limpia. Adems, cuando la energa almacenada en el enlace H-H de la molcula de hidrgeno se libera en forma de electricidad mediante las celdas de combustible, la eficiencia energtica del proceso resulta muy superior a la de la combustin. Ambos factores indican que la tecnologa de las celdas de combustible permitir desarrollar la economa del hidrgeno al mismo tiempo que ofrece el potencial de revolucionar el modelo energtico. El hidrgeno se ha venido utilizando desde hace 100 aos en varios sectores industriales. En la comunicacin tcnica que presenta a continuacin slo se hace referencia a sus aplicaciones energticas. El 95% del hidrgeno que se consume actualmente a nivel mundial proviene del gas natural. Slo un 5% de la produccin mundial de hidrgeno se obtiene a partir de la descomposicin de agua con energa elctrica de origen convencional. El hidrgeno producido se emplea fundamentalmente en la industria qumica, de vidrio o alimentaria, sin olvidar su uso como combustible en aplicaciones muy concretas (espaciales, de demostracin, etc.). PROPIEDADES INMEDIATAS Estado. A 25 C y 1 Atm est en estado gaseoso. La temperatura de fusin es -259,2 C. La temperatura de ebullicin es -252,77 C. La masa atmica es mH=1,007940 Kg/Kmol La masa molecular es mH2=2,01588 Kg/Kmol El calor especifico a presin constante cp=28,623 KJ/KmolK El calor especifico a volumen constante cv=20,309 KJ/KmolK 5. Segn la tabla anterior el hidrgeno es el mejor combustible en cuanto a poder calorfico por unidad de masa se refiere (un gramo de hidrgeno contiene ms del doble de energa que un gramo de gas natural, por ejemplo). Sin embargo, esta propiedad se ve limitada por su baja densidad: un metro cbico de hidrgeno libera menos energa que otros combustibles gaseosos y si se compara en estado lquido, un litro de hidrgeno contiene menos de un 10% de la energa que contiene un litro de gasolina o gasleo. El hidrgeno es el elemento ms simple y ligero que existe, ocupa el primer puesto en la tabla peridica. Es un no metal, que en condiciones normales es un gas diatmico (H2) incoloro, inodoro e inspido y muy reactivo; constituye aproximadamente el 75% de la masa en el universo. En la naturaleza, el istopo del hidrgeno ms comn es el protio (1 H). El deuterio (2 H) y el tritio (3 H) tambin se encuentran en la naturaleza, pero en proporciones muy pequeas. El hidrgeno es muy reactivo. Es por esto que generalmente lo encontramos combinado con el oxgeno, formando el agua. Su reaccin de combustin es la siguiente: 2H2 + O2 ------ 2H2O + energa 1.2 OBTENCIN Ya que en la naturaleza el hidrgeno casi no est presente en estado puro, podemos obtenerlo de diversas maneras: 6. Como producto de reaccin es qumicas: Se libera hidrgeno cuando reacciona el cido clorhdrico (HCl) con un metal como el Litio o el Aluminio. ste mtodo es eficiente a pequea escala en el laboratorio, pero resultara muy caro industrialmente. Reformado de Hidrocarburos: Se le llama reformado a la reaccin cataltica de una mezcla de vapor de agua e hidrocarburos a una temperatura alta para formar hidrogeno, monxido de carbono y dixido de carbono. CmHn + nH2O nCO + (m/2 +n) H2 La forma industrial ms utilizada para obtener hidrogeno, a partir de metano es: CH4 + H2O CO + 3 H2 , h=206,1 MJ/Kmol CO + H2O CO2 + H2 , h= - 41,2 MJ/Kmol La primera reaccin se lleva a cabo a 900 C y es endotrmica, la segunda es exotrmica pero no puede aportar la energa suficiente que requiere la primera, por lo que debe utilizarse metano como reactivo y como combustible para aportar la energa faltante. Puede obtenerse un 75% de H2 un 8% de CO y un 15% CO2 Fotlisis del agua: Consiste en la disociacin del agua en hidrgeno y oxgeno directamente utilizando la energa solar. An no es posible realizar la fotlisis artificialmente, pero se han descubierto micro algas que s la realizan, y que podran ser utilizadas para este fin en el futuro. Procedimientos biolgicos: Se basa en la utilizacin de microalgas (Chlamydomonas reinhardti, Spirulina) que en ciertas condiciones de cultivo pueden absorber energa solar y descomponer el agua en H2 y O2. Estos organismos en sus cloroplastos poseen unas estructuras llamadas tilacoides en cuya membrana esta la maquinaria fotosinttica, construida por una serie de espinas encargadas de transportar los electrones Electrlisis del agua: Es uno de los procedimientos ms limpios para obtener hidrgeno y el mtodo que analizaremos en los sistemas de hidrgeno vehicular utilizados en la actualidad. Sin embargo es importante tener en cuenta que requiere invertir una cierta cantidad de energa, sea calrica o elctrica; y no se puede pretender que sea mayor la cantidad de energa obtenida que la invertida. Consiste en la disociacin del agua en hidrgeno y oxgeno; este proceso se realiza sumergiendo dos electrodos en agua conectando a uno de ellos el polo positivo y al otro el polo negativo. Al hacer circular corriente continua por ambos electrodos, en el nodo se desprender oxgeno, y en el ctodo se desprender el hidrgeno. La descomposicin del agua a 25C requiere una aportacin de 285,83 MJ/Kmol que es su entalpia de formacin, sin embargo solo ser necesario 7. aportar 237,19 MJ/Kmol en forma de trabajo elctrico, la diferencia la recibe el sistema en forma de calor. En el nodo, se le extraen 4 electrones a dos molculas de agua, de sta forma, se disocian en 1 molcula de oxgeno gaseoso y 4 cationes H+: 2H2O (l) O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e- Mientras en el ctodo cada dos cationes H+ toman 2 electrones, formando una molcula de hidrgeno gaseoso: 2H+ (aq) + 2e- H2 (g) 1.3. ALMACENAMIENTO Estado gaseoso (CGH2): Se distinguen diferentes aplicaciones: estacionarias y mviles. En las estacionarias a pequea escala se almacena en botellas de 20.000 KPa en tamaos de 10 o 50 L con un gasto aproximado de compresin inferior al 10%. En las aplicaciones mviles se prefiere una alta capacidad lo que obliga a presiones de 20.000 a 70.000 KPa, con un gasto de compresin del 8% al 15%. Estado Liquido (LH2): El hidrgeno se enfra hasta su licuacin a -253 C y se mantiene en tanques o cilindros criognicos especiales a 1.500 KPa. La menor presin disminuye el riesgo. Aunque un aumento en la temperatura produce perdidas por sobrepresin. Estado slido: El hidrogeno puede almacenarse en forma de hidruros o bien fsicamente