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- 1. COMPONENTES DE UNA CELDA DE COMBUSTIBLE Universidad a Distancia de México. Carrera: Energías renovables Materia: Celdas de combustibles Alumno: José Marco A. Bernal Hndez.
- 2. Introducción La generación de la energía ha sido de extrema importancia para el hombre, energía que se transforma en diferentes formas de energía como movimiento, calor, luz, sonido, entre otras formas. Energía que ha evolucionado desde la combustión de combustibles fósiles, aprovechamiento de la energía cinética del viento y del agua, la radiación del sol, temperatura de la geotermia, la nuclear, baterías y otras más. Sin embargo, la eficiencia en la producción de la energía con los métodos o dispositivos empleados se encuentra dentro de una cota energética entre el 30% al 45%. Es en 1839 cuando Sir William Grove descubre experimentalmente el proceso inverso de la electrólisis, generando electricidad al recombinar hidrógeno y oxígeno para producir agua, la celda de combustible. Dispositivo generador de energía más limpia, con menos riesgos y fácil de convertir en otras formas, ya que no existen las limitaciones impuestas por el ciclo de Carnot. Hoy, ante el agotamiento de las reservas de petróleo y del aumento de éste recurso natural, y sumado a ello el calentamiento global y la alta contaminación atmosférica ambiental (ocasionada en gran parte a los motores de combustión, por el uso de combustibles fósiles derivados del petróleo), a la celda combustible se le ve como una gran alternativa a la solución a los grandes problemas ambientales.
- 3. ¿Qué es una celda de combustible? Dispositivo o reactor electroquímico donde mediante la transformación de hidrógeno y oxígeno en agua se genera electricidad en un proceso inverso al de la electrólisis, llamado de oxidación del combustible (H2 o un hidrocarburo). Este proceso se produce de forma directa y continua, sin necesidad de recargar la pila, solo es necesario un flujo continuo de hidrógeno, oxígeno, aire u otros combustibles alternativos.
- 4. Los tipos principales A la fecha figuran las invenciones y patentes siguientes, mismas que se tipifican con base al electrólito que usan: a) Celda de Combustible de Membrana polimérica PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell); b) Celda Alcalina, AFC (Alkaline Fuel Cell); c) Celda de Combustible de Ácido Fosfórico, PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell); d) Celda Combustible de Carbonatos fundidos, MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell); e) Celda de Combustible de Óxido Sólido, SOFC (Solid Oxide Fuel Cell); y, f) Celdas de combustible de Metanol, DMFC (Diluted Methanol Fuel Cell) y DEFC (Diluted Ethanol Fuel Cell), celdas que pueden llegar hasta una eficiencia eléctrica de un 85%.
- 5. De sus componentes La estructura básica de una celda de combustible está constituida por: Una carcasa que protege y contiene a la celda. Dos electrodos separados por un electrolito, el cual actúa como mediador químico. El hidrógeno, que actúa como combustible, está disponible en el ánodo, mientras que el oxígeno, que actúa como oxidante, lo está en el cátodo.
- 6. Funcionamiento general Al aplicar los dos gases a los electrodos se lleva a cabo el proceso de generación de energía: los átomos de hidrógeno pasan a través del ánodo, generándose por ionización (iones de hidrógeno H+), electrones que circulan a través de un circuito externo hacia el electrodo opuesto o cátodo. En el cátodo, estos electrones se unen con el oxígeno para producir iones hidroxilo, los cuales viajan a través del electrolito para completar el circuito eléctrico. La unión de los átomos de hidrógeno y los iones hidroxilo en el ánodo genera a su vez agua como subproducto. Repitiéndose el proceso indefinidamente en tanto se mantenga el suministro continuo de hidrógeno y oxígeno, y la carga externa demande corriente Tomado de Wikipedia.org,,, 26 de abril, 2018
- 7. Tecnología adecuada a mi comunidad, por sus características y ventajas Celda de combustible Características Ventajas Desventajas TIPO DE CELDA COMBUSTIBLE ELECTRÓLITO IÓN QUE TRANSPORTA TEMPERATURA DE OPERACIÓN INTERVALO DE POTENCIA ELÉCTRICA QUE GENERAN LAS CELDAS Óxido sólido: SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) ZrO2/ Y2O3 (Óxido cerámico conductor de iones) O= Se consideran de alta temperatura; funcionan en un intervalo de hasta 650°C y 1000°C. Tienen la capacidad de generar hasta 1 GW (Larminie & Dicks, 2003) -Puede utilizarse en escalas grande y pequeña, en sistemas de alta potencia -Pueden operar a mayor densidad de corriente y sin problemas de corrosión -Posibilidad de usar diferentes combustibles -Por su arranque lento no son muy útiles en la industria automotriz -Las altas temperaturas de operación, reducen su vida útil.
- 8. Justificación Se consideró que la SOFC, es una celda combustible por las siguientes ventajas: modularidad; puede utilizarse en escalas grande y pequeña, en sistemas de alta potencia; electrocatalizador no costoso en comparación con las que ocupan a base platino; y ser utilizadas en instalaciones de bajo conumo de energía eléctrica. En Michoacán, todavía existen muchas localidades forestales donde la red eléctrica es inexistente, por lo que las clínicas rurales, escuelas y salones ejidales no son al 100% funcionales en su servicio y atención. Por lo que una alternativa para proveer a estas pequeñas entidades sociales de bajo consumo de energía, sería la celda de combustible del tipo SOFC cuyo dispositivo en el mercado es la marca Acumentrics 5 kW. Esta situación de favorecer a este tipo de localidades, sería un incentivo por el buen estado de conservación de sus bosques, esto es, aquellos núcleos agrarios que han sido merecedores del Premio Nacional Forestal que emite la Comisión Nacional Forestal.
- 9. Diagramas del proceso elegido y las reacciones involucradas para la generación de energía. Diagrama de una SOFC Reacciones involucradas En las pilas SOFC un ión negativamente cargado (O2-) es transferido del cátodo al ánodo mediante su transporte a través del electrolito. Obteniendo agua en el ánodo. Cátodo: O2 + 4e– → 2O2- Ánodo: H2 + O2- → H2O + 2e– 2H2 + O2 → 2H2O Tomado de: Wikipedia.org,, 26 abr, 2018
- 10. Cantidad de energía a producir y su costo de una SOFC Con base a la información encontrada en miem.gub.uy, s/f, para la generación domiciliaria puede utilizarse el dispositivo Acumentrics 5 kW. Con un consumo doméstico mensual de 101 a 140 kWh, tiene un costo de $5.066 pesos uruguayos, que convertidos a pesos mexicanos, tendríamos un precio de $2.92 kWh , lo que resultaría muy atractivo para invertir en esta tecnología. Aunque, hay que estar conscientes si la empresa que produce estas celdas de SOFC tenga distribución en nuestro país o bien el costo total de este producto con los aranceles incluidos.
- 11. Conclusiones Sin duda alguna las pilas de combustible son una indudable opción para la producción de energía limpia, con menos riesgos para la humanidad y el planeta, con una eficiencia eléctrica superior a cualquier dispositivo o método utilizado por el hombre. Más, por la falta de su demanda y tecnología en desarrollo hacen que su competitividad, por el momento, se situé entre las tecnologías más caras a nivel estacionario. Aunque para la movilidad en la industria automotriz se están abaratando los costos por la demanda que comienza a crecer, debido al alto costo del combustible. Para nuestro caso presentado, sería una excelente penetración en el mercado al demostrarse su eficiencia en pequeñas unidades domésticas o su uso obligatoriedad de uso en fraccionamientos. Todo dependerá de la aplicación de una buena política ambiental en nuestro país y la exigencia ciudadana por un ambiente más limpio y sano.
- 12. Bibliografía de consulta Energiasrenovablesinfo, s/f. Preguntas frecuentes sobre las pilas de combustible. Disponible en: http://www.energiasrenovablesinfo.com/hidrogeno/preguntas- frecuentes-pilas-combustible/. Recuperado el 01 de octubre de 2018 Suescun Leopoldo, s/f. Desarrollo de Celdas de Combustible de Óxido Sólido (SOFC) con tecnología nacional. Parte I: Diseño y Evaluación de nuevos Cátodos, Ánodos y pares Cátodo-Electrolito y Ánodo-Electrolito para SOFCs. Disponible en: http://www.miem.gub.uy/sites/default/files/05_-_suescun_- _celdas_de_combustible_de_oxido_solido_sofc.pdf Recuperado el 01 Tapia Antonio, 2013. Tecnología de hidrógeno y celdas de combustible. Disponible en: https://constructorelectrico.com/tecnologias-de-hidrogeno-y-celdas-de-combustible/ Recuperado el 01
- 13. Bibliografía de consulta: Tapiero Yesid, 18 ene, 2011. Ventajas y desventajas de los procesos electroquímicos. Disponible en: http://ingelectroquimica.blogspot.com/2011/01/ventajas-y-desventajas- de-los-procesos.html. Recuperado el 28 de septiembre de 2018 UNADM, 2018. Celdas de combustible. Unidad 1. Introducción a celdas de combustible. Disponible en: https://unadmexico.blackboard.com/bbcswebdav/institution/DCSBA/Bloque%202/ER/06 /ECCM/U1/Unidad1.Introduccionalasceldasdecombustible.pdf. Recuperado el 18 de septiembre de 2018 Vidarte Francisco, 9 abril 2012. Celda de combustible. Disponible en: http://apnperu.blogspot.com/2012/04/pila-de-combustible.html. Recuperado el 01 de octubre de 2018 wikipedia.org, 26 abr, 2018. Pila de combustible. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Pila_de_combustible