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maq. termicas

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Microsoft Word - Celdas de Combustible.doc

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTINFACULTAD DE PRODUCCIN Y SERVICIOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA

CURSO:

MAQUINAS TERMICAS

TRABAJO DE INVESTIGACION:

CELDAS DE COMBUSTIBLEDOCENTE:

ING. VALDIVIA GUTIERREZ CIBRIAN

ALUMNO:

CAYO APAZA ISMAEL

CUI: 20030514

GRUPO: B

AREQUIPA PER

2014

LAS CELDAS DE COMBUSTIBLE:VENTAJAS DE UNA GENERACIN DE ELECTRICIDAD LIMPIA Y EFICIENTE VA ELECTROQUMICANDICE1. Introduccin ........................................................................................................................ 42. Objetivos..............................................................................................................................43. Principio de funcionamiento [19]......................................................................................... 54. Eficiencia de las Pilas de Combustible [31] ........................................................................ 7 - Reversibilidad de las Pilas de Combustible ................................................................................ 7 - Ecuacin de Nernst. Voltaje de circuito abierto........................................................................... 9 - Rendimiento Termodinmico ......................................................................................................9 - Rendimiento de Tensin ........................................................................................................................9 - Sobrepotenciales y Resistencia Ohmica ................................................................................... 10

- Efecto de la temperatura sobre el rendimiento ......................................................................... 12

- Efecto de la presin sobre el rendimiento ................................................................................. 13 - Polmero Slido Membrana de Intercambio Protnico (PEM)................................................ 15

- Carbonato Fundido (MCFCs). ................................................................................................... 16

- xido Slido (SOFCs). .............................................................................................................. 18

- Alcalinas. ................................................................................................................................... 20

- Celdas de Combustible de Metanol Directo .............................................................................. 21

- Celda de Combustible Microbiana ............................................................................................ 22

- Resumen de los tipos de celdas de combustible ...................................................................... 23

5. Beneficios en la utilizacin de pilas de combustibles........................................................ 23 - Ventajas ambientales ................................................................................................................ 23

- Alta Eficiencia ............................................................................................................................ 24

- Las posibilidades de Co-generacin ......................................................................................... 25

6. Conclusiones ....................................................................................................................26

7. Bibliografa........................................................................................................................ 281. INTRODUCCINltimamente el cambio climtico y sus consecuencias sobre la vida en nuestro planeta han suscitado un creciente inters en el desarrollo de fuentes de energa alternativas a las tradicionales, basadas en combustibles fsiles, que actualmente dominan nuestro mapa energtico. Asimismo, el principio del fin de las reservas mundiales de stos se producir ms rpidamente si se contina con el crecimiento actual de la demanda1. Llegados al punto de produccin mxima de petrleo la bsqueda de nuevas fuentes de energa alternativas se deber llevar a cabo al margen de ventajas e inconvenientes del modelo actual

frente a sus posibles substitutos.

Nos encontramos por tanto con dos importantes argumentos, el medioambiental y el econmico, que a pesar de que generalmente son antagonistas, hacen "frente comn" para impulsar un cambio en el modelo energtico.

La preocupacin de la comunidad internacional en lo que concierne al cambio climtico qued expuesta en el protocolo de Kyoto, aprobado por la mayora de pases industrializados a pesar de las negativas como EEUU. En ste se aboga por la reduccin en las emisiones de los gases que contribuyen al efecto invernadero en plazos relativamente cortos de tiempo.

El agotamiento a corto-medio plazo de las reservas de combustibles fsiles es motivo de debate, aunque las estimaciones ms optimistas hablan de solamente un par de dcadas ms de petrleo "barato", es decir de produccin creciente. Otras predicciones menos optimistas consideran que el pico de produccin factible ser en un tiempo de no ms de 5

aos.Sea de una manera o de otra, se necesita urgentemente de nuevas formas de obtener la energa de la que depende el bienestar de la sociedad, buscando en la medida de lo posible un mayor compromiso con el medio ambiente. Es precisamente aqu donde el desarrollo de las llamadas energas renovables, esto es solar, elico, mareomotriz, geotrmico, etc., puede encontrar la solucin a nuestros problemas, ofreciendo una considerable cantidad de energa con bajo impacto medioambiental.

En las ltimas dcadas est teniendo lugar una verdadera revolucin en la investigacin de los mtodos de produccin, almacenamiento y conversin de energa. En los ltimos aos se estn desarrollando nuevas tecnologas para generar energa de forma limpia, eficiente y descentralizada. Una posible alternativa la constituyen las pilas de combustible. De hecho, estas parecen destinadas a ser campos de alta tecnologa en este siglo.

2. OBJETIVOSEn funcin de lo expuesto es que nos proponemos desarrollar los siguientes objetivos:

Establecer los lineamientos generales de funcionamiento para este tipo de generacin.

Conocer cules son las distintas alternativas constructivas, estableciendo su campo de aplicacin especfico.

Determinar las ventajas inherentes, respecto a la generacin de energa elctrica mediante la utilizacin de combustibles fsiles.

3. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO [19] [1] [2]La primera celda de combustible se remonta al ao 1843, cuando el cientfico Sir William Robert Grove, construy una batera de pilas a la que llam Batera de Gas Grove. Esta consista en una serie de tubos de vidrio cerrados por un extremo y con el otro introducido en una disolucin cida. La parte superior de los tubos contena hidrgeno y oxgeno alternadamente y tenan hojas de platino conectadas en serie y en contacto con las fases

lquida y gaseosa [2]. Grove descubri que la misma generaba energa.

Las Celdas de Combustible son dispositivos electroqumicos que convierten la energa qumica de reaccin directamente en energa elctrica. La diferencia principal con las bateras convencionales es que stas ltimas son acumuladores en las que la mxima energa depende de la cantidad de reactivos qumicos almacenados en ellas, dejando de producir energa cuando se consumen dichos reactivos. Las Pilas de Combustible, por el contrario, son dispositivos que tericamente tienen la capacidad de producir energa elctrica de forma

indefinida mientras se suministra combustible y oxidante a los electrodos. Slo la degradacin

o el mal funcionamiento de los componentes limitan su vida de operacin prctica.

El principio de funcionamiento en el que se basan es el inverso al de la reaccin electroltica. El oxgeno e hidrgeno se combinan para formar agua con produccin de energa elctrica y calor. Se trata, por lo tanto, de una reaccin limpia, en la que el nico producto es el vapor de agua que puede ser liberado a la atmsfera sin ningn peligro para el medio ambiente.

Adems, del hidrgeno puro que pueda provenir de la electrlisis a partir de una fuente renovable, u otras fuentes como naftas, gases licuados del petrleo, metanol, etanol, biomasa, etc., que tan solo precisaran de un tratamiento adecuado (reformado, purificacin) para adaptarlos a los diferentes tipos de Pilas de Combustible.

El hidrgeno (H2) penetra por el electrodo negativo (nodo) y se disocia, en presencia del catalizador, en iones positivos H+ y electrones. (Figuras N 1, 2 y 3)

Figura N 1: Pila de combustible esquemtica

Figura N 2: Componentes de una pila de combustibleEl oxgeno (O2) procedente del aire penetra por el electrodo opuesto (ctodo) y se disocia igualmente en presencia del catalizador en iones Los iones positivos del hidrgeno

se escapan a travs del electrolito en direccin al ctodo, dejando a los electrones libres en el nodo.

Figura N 3: Proceso en una pila de combustibleSi existe un camino elctrico entre el nodo y el ctodo los electrones lo recorrern, produciendo corriente elctrica. En el ctodo los iones hidrgeno, el oxgeno y los electrones se vuelven a combinar para formar molculas de agua.

Una celda de combustible es un sistema de flujo estable, en el cual el combustible y el oxidante se su