reporte hidrogeno recursamiento

ENERGIA DEL HIDROGENO

Ing. Energía Página 1

UNIVERSIDAD POLITECNICA

METROPOLITANA DE HIDALGO

Energia del hidrogeno

PROGRAMA EDUCATIVO DEINGENIERIA EN ENERGIAPROFESOR: JULIO VALLE

HERNANDEZALUMNOS: GOMEZ MENDOZA EFREN.

MARTINEZ LABRA GRECIARAMIREZ HERNANDEZ FELIPE

¨RECURSAMIENTO¨

¨ALMACENAMIENTO

EN HIDRUROS METALICOS¨


RESUMEN:

Los hidruros metálicos soncompuestos químicos queoperan bajo dos procesos:adsorción-desorción. En elprimero, de adsorción elcompuesto se carga dehidrogeno, disipando calor yreduce la temperatura. Esteproceso se lleva a cabo aalta presión y ocurre entre30 y 55 bar, aunque dependedel tipo de hidruro. En elprocesos de desorción ocurrelo contrario: se suministracalor al compuesto y seproduce la liberación delhidrogeno almacenado,aumentando la temperatura.El procesos verifica a bajapresión entre 0.7 y 10 bar.Si el calor aportado es deorigen residual, el consumoenergético es de 13% de laenergía química delhidrógeno.Una de las desventajas quepresenta este almacenamientoen particular es que amayoría de los hidrurosmetálicos son densos y lossistemas de almacenamientoson, por tanto pesados. Esteprocedimiento presenta laventaja respecto alhidrogeno comprimido deoperar a presiones mucho más

baja, con lo que se reducenriesgos.

ABSTRACT:

Metal hydrides are chemical compounds that operate undertwo processes: adsorption-desorption. In the first, the compound adsorption of hydrogen charging, dissipating heat and reducesthe temperature. This process is performed at highpressure and occurs between 30 and 55 bar, although dependent hydride. Desorption processes in the opposite occurs: heat is supplied to the compound andrelease the stored hydrogen is produced, increasing the temperature. The process verifies low pressure between 0.7 and 10 bar. If the residual heat is broughthome, the energy consumptionis 13% of the chemical energy of hydrogen.

One of the disadvantages of this particular storage is that most of the metal hydrides are dense and



storage systems are therefore heavy. This methodhas the advantage over the compressed hydrogen to operate at much lower pressures, thereby reducing risk.

PALABRAS CLAVE:

Hidruros metálicos, almacenamiento, adsorción, desorción, química.

KEY WORDS:

Metal hydride storage, adsorption, desorption, chemical.

INTRODUCCION

El hidrógeno puede seralmacenado fácilmente a granescala en depósitos o encavernas subterráneas. Sinembargo, en el caso de lasaplicaciones móviles sigueresultando necesario, paraconseguir un radio de accióncomparable al de losmodernos vehículos degasóleo o gasolina, unavance decisivo en latecnología de almacenamientodel hidrógeno a bordo delvehículo. Las innovacionesen el diseño de losvehículos podrían contribuira superar los inconvenientes

actuales. Está llevándose acabo una intensa actividadde investigación ydesarrollo, con algunossistemas nuevos en fase dedemostración. Puedeconseguirse que algunos delos medios convencionales dealmacenamiento, tales comolos cilindros de gascomprimido y los tanques delíquido, resulten másligeros, resistentes ybaratos. Los métodos nuevos,entre los que figura laabsorción del hidrógenoutilizando hidrurosmetálicos o químicos yestructuras de carbono,precisan aún de másdesarrollo y evaluación.

En las instalaciones querequieren un gran consumo dehidrógeno, la generación deéste se lleva a cabo en lascercanías con solo unalmacenamiento intermedio abaja presión. Si lageneración se hace lejos osirve para instalacionesdiferentes o alejadas setransporta por hidrogenoductos o a veces porferrocarril o carretera.

El almacenamiento a bajaspresiones no planteaproblemas especiales y para



ello se utilizan gasómetrossemejantes a los de otrosgases industriales. Se hanempleado también, de manerasemejante al gas natural,cavidades naturales: minasantiguas de sal (ReinoUnido) o acuíferos(Francia). El único problemaes la baja densidad que haceprecisos grandes volúmenes.La reducción de volumen porel empleo de mayorespresiones (de 200 a 450bares) suele hacerse endepósitos cilíndricos, loque está prohibido enalgunos países como Japón.

Una reducción aún mayor selogra mediante licuefacción.Sus inconvenientesprincipales se deben a labaja temperatura involucrada(punto de ebullición,252,7ºC). Por una parte, losdepósitos deben estar muyaislados. Por otra, para lalicuefacción se invierte unaenergía próxima a 1/3 de laque el hidrógeno puederendir. Además, el depósitodebe estar comunicado con elexterior porque latemperatura crítica(239,8ºC) está muy próxima ala de ebullición y existe elriesgo de sobrepresionespeligrosas.

MARCO TEORICO

El hidrógeno es el elemento más ligero de la naturaleza y el más abundante en el Universo. Se considera que constituye el 75% de la masadel universo y forma el 90% de sus moléculas. El científico británico Herry Cavendish lo descubrió y en 1766 describió algunas de las cualidades del "aire inflamable", a quien el químico francés Antoine Laurent Lavoisier le dio el nombre de hidrógeno en 1785.No existe en la tierra en forma natural sino combinado, por lo que para disponer de él, se requiere producirlo en ciertos procesos.

El utilizar al hidrógeno como un portador de energía se requiere que éste sea almacenado y transportado. La tecnología del almacenamiento del hidrógenoes evaluado en sistemas estacionarios y móviles. Actualmente el hidrógeno se almacena en forma gaseoso, comprimido dentro de



contenedores a alta presión y en forma líquida en carroscisterna, en forma de hidruros metálicos almacenado por Períodos de algunos meses, en sistemas con base en carbón y como hidruros químicos. Debido a su baja densidad y adsorciónsobre metales, el almacenamiento de Hidrógeno es un problema aún no resuelto en gran escala y diferentes tecnologías de almacenamiento se encuentranen desarrollo. En el mercadode los gases Industriales, el hidrógeno se comercializaen cilindros de diferentes capacidades y con diferentespurezas, pudiendo ser de grado industrial o de alta Pureza.

DESARROLLO:

El almacenamiento enhidruros metálicos serealiza por medios químicos,estableciéndose un procesode “carga” del hidruro(adsorción) y otro de“descarga” (desorción).

En el proceso de adsorciónes preciso reducir latemperatura y retirar calordel hidruro, favoreciéndoseasí el proceso de carga de

hidrógeno en el hidruro. Porel contrario, en el procesode desorción es precisocalentar el hidruro yoperarlo a una temperaturaelevada, de modo que sefavorece el proceso deliberación del hidrógenocontenido en el hidruro. Sehabla de hidruros de altatemperatura cuando ladesorción se realiza entre150 y 300ºC; por elcontrario, en los hidrurosde baja temperatura ladesorción se realiza entre20 y 90ºC. En cuanto a laspresiones, la adsorción selleva a cabo entre 30 y 55bar y la desorción entre 0,7y 10 bar.

Asumiendo que el calornecesario para la desorciónprocede de caloresresiduales (los de la propiapila de combustible, porejemplo) se estima que laenergía consumida por estetipo de almacenamiento esdel orden del 13% del podercalorífico inferior delhidrógeno, siendo por tantocomparable al almacenamientoen hidrógeno comprimido a700 bar.



El problema de los tanques de metal-hidruro es doble: además de necesitar el aporte de energía para recuperar el hidrógeno, comose ha dicho, el rendimiento de los mismos no es del 100%, es decir, no es recuperable todo el hidrógeno que se introduce en los mismos. Los sistemas de almacenamiento de hidruros se están convirtiendo es un modo muy seguro de almacenar hidrógeno en aplicaciones domésticas. El almacenamiento como hidrurosmétalicos, se usa a pequeña escala ( por ejemplo en casas rurales donde el hidrógeno se produce de forma individual usando energía solar, energía del viento, pequeños hydro power, etc. ), es el mejor modo de almacenar hidrógeno en el propio punto de uso por cuestiones de seguridad.Este método es altamente recomendado para sistemas energéticos de uso residencial, por su seguridad y el calor

liberado en el proceso de absorción puede usarse en elintercambio de calor y/o en un sistema de surtidor de calor. La otra importante aplicación de los hidruros metálicos es en vehículos como equipo de almacenamiento a bordo, donde ofrece seguridad y resultan ser equipos compactos. En las siguientestablas se puede ver una lista de las propiedades de algunos hidruros metálicos yla energía al almacenar hidrógeno en hidruros metálicos comparado con otros combustibles.

Una de las característicasde los hidruros metálicos essu fragilidad y en algunoscasos, el aumento de volumende hasta un 25% respecto delmaterial no hidrurado. Estohace que en unos pocosciclos de absorción–desorción se produzca unadecrepitación del materialtransformándose en polvo contamaño de partículas delorden del micrón, lo cualdificulta el flujo delcalor, que es necesario para



que el proceso seacinéticamente eficiente. Lavelocidad a la que laaleación hidrurada puedaabsorber o liberar hidrógenodepende de la transferenciade calor hacia dentro ofuera de la aleación. Es muyimportante tener en cuentaeste aspecto en el diseño delos recipientes contenedoresde hidruros.

Tecnología deAlmacenamiento

Ventajas Obstáculos

Cilindros de gas comprimido:

Bien entendidahasta presionesde 200 bar; disponibilidad general; puede serde bajo coste

Sólo se almacenan cantidades relativamente pequeñasde H2 a 200 bares; las densidades energéti

cas de combustible y almacenamiento aalta presión (700 bar) soncomparables al hidrógeno líquido,pero están todavía por debajo de las de la gasolinay el gasóleo;el almacenamiento aalta presión está aúnen fase desarrollo

Tanques de líquido:

Tecnología bien entendida; es posible una buenadensidad

Las temperaturas muybajas requieren un aislamie



de almacenamiento

nto extraordinario; el costepuede ser elevado;se pierde algo de hidrógeno por evaporación; intensidad energética de laproducción; la energía almacenada todavía no es comparable a loscombustibles fósiles líquidos

Hidruros metálicos:

Se dispone de algunatecnología;almacenamiento de estado sólido;

Peso elevado;puede degradarse con el tiempo; actualmente

se le pueden dar diferentes formas;los efectos térmicos pueden utilizarse en subsistemas; muy seguro;

caro; elrellenado exige circuitode refrigeración

Hidruros químicos:

Reacciones de formaciónde hidruros reversiblesbien conocidas, p. ej.,NaBH; compacto

Problemas con lamanipulación de residuosy en lo que se refiere a las infraestructurasnecesarias

Estructuras de carbono:

Pueden permitir una elevada densidad de almacenamiento; ligeras; pueden resultar baratas

Ni entendidas ni desarrolladas plenamente; las promesasiniciales no acaban de material



izarse

Los hidruros metálicos sonmuy atractivos para elalmacenamiento de hidrógenoporque son seguros y tienenunas buenas característicasde Almacenamiento.

Actualmente muchos de loshidruros metálicosdisponibles comercialmenteson hidruros metálicos detierras raras, con capacidades de almacenamiento dehidrógeno de entorno al 1,4% en peso, lo que hace queestos materiales sean máseficientes en volumen que elalmacenamiento de hidrógenocomo gas comprimido o comohidrógeno líquido.

VENTAJAS:

Como se ha introducido enpuntos anteriores elalmacenamiento de hidrógenogaseoso comprimido necesitade altas presiones en losdepósitos de confinamientomientras que elalmacenamiento líquidonecesita de depósitoscriogénicos. Ambos sistemaspresentan dificultades, elalmacenamiento gaseoso esmuy voluminoso y elalmacenamiento líquido es

poco práctico enaplicaciones no industrialesademás de caro. En estacoyuntura aparece elalmacenaje por hidrurosmetálicos que soslayaalgunos de losinconvenientes anteriores ypresenta un modo compacto,intermedio en peso, para elalmacenamiento.

PROBLEMAS TÉCNICOS DELALMACENAMIENTO DE HIDRUROS

Los problemas encontradoshasta el momento estánrelacionados con latransferencia de calor, eldeterioro del lechometálico, la seguridad, lafragilización, la bajadensidad de almacenamiento,la baja densidad de energíay la necesidad dedesarrollar compresores dehidrógeno fiables. Lavelocidad en el proceso decarga y descarga delhidrógeno depende delcoeficiente de transmisiónde calor en el lechometálico y de las presionesy temperaturas dealmacenamiento. Sin embargono se trata de un aspectoque no pueda ser superadocon eficacia. La emisión y



absorción de calor asociadaa los procesos dehidrogenación ydeshidrogenación parececausar el descascarillado delos hidruros metálicosdebido al cambio de volumen.Con el tiempo esta tendenciadisminuye el tamaño de granodel lecho metálico lo quesupone una limitación en elproceso.

CONCLUSIONES

FELIPE RAMIREZ HERNANDEZ;

Los hidruros metálicos soncompuestos químicos queoperan bajo de dos procesos:adsorción y desorción. Elde absorción, el compuestose carga de Hidrogeno,disipando calor y reduce sutemperatura. El de desorciónocurre lo contrario, sesuministra calor alcompuesto y se produce laliberación de hidrogenoalmacenado. Esta forma dealmacenamiento está en etapade desarrollo y presentauna gran desventaja, que esel peso., por lo cual se

sigue desarrollando diversoscompuestos para poderalmacenarlos de una formamás efectiva.

Grecia: Aprendi que a pesarde que hay muchas formas dealmacenar, el almacenamientocon hidruros metálicos esuna forma viable ya que nose requiere de un procesomuy grande puesto quedependerá del metal queelijamos para que estelibere H2 es una formasegura aunque por ahora elproblema seria el costo decada deposito de hidrurometalico.

Efren: No ayudo mucho estainvestigación ya que con loaprendido podremos aplicaresto a nuestra materia de H2e implementar lo aprendido.


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