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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO Instituto Tecnológico de Querétaro “2015, Año del Generalísimo José María Morelos y Pavón Av. Tecnológico s/n esq. Mariano Escobedo, Col. Centro, C.P. 76000, Querétaro, Qro., México Campus Centro Tel. 01(442) 2274400 Fax: 01(442)2169931 Campus Norte 01(442) 2435554 www.itq.edu.mx 9 A Expo-Ingenierías, Mayo 2015. Institución o Escuela: Instituto Tecnológico de Querétaro Carrera: Eléctrica Especialidad: Sistemas de Eléctricos de Potencia Proyecto: Generación de Electricidad por medio del uso de hidrógeno Integrantes: V. Luna, F. Molina, J. Quevedo Nombre del Asesor: M. Ramirez

Author: vicente-luna

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Generacion con hidrogeno

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Reporte de prcticas

9A Expo-Ingenieras, Mayo 2015.

Institucin o Escuela: Instituto Tecnolgico de Quertaro

Carrera: Elctrica

Especialidad: Sistemas de Elctricos de Potencia

Proyecto: Generacin de Electricidad por medio del uso de hidrgeno

Integrantes: V. Luna, F. Molina, J. Quevedo

Nombre del Asesor: M. Ramirez

TECNOLGICO NACIONAL DE MXICOInstituto Tecnolgico de Quertaro

2015, Ao del Generalsimo Jos Mara Morelos y Pavn

Santiago de Quertaro, 04 de noviembre de 2015. Av. Tecnolgico s/n esq. Mariano Escobedo, Col. Centro, C.P. 76000, Quertaro, Qro., Mxico Campus Centro Tel. 01(442) 2274400 Fax: 01(442)2169931 Campus Norte 01(442) 2435554 www.itq.edu.mx

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Generacin de Electricidad por medio del uso de hidrgenoNombres de los Integrantes: V. Luna, F. Molina, J. Quevedo Asesor: M. Ramirez

NOMBRE DE LA PRCTICA

Equipo: #: Nombres (N. Apellido, 2N. 2Apellido).ITQ, Ingeniera en Electrnica, Electrnica III.Av. Tecnolgico Esq. General Mariano Escobedo. Centro Histrico, Santiago de Quertaro, Qro. C. P. 76000

9A Expo-IngenierasMayo 2015Instituto Tecnolgico de Quertaro

mircoles, 04 de noviembre de 20152

I. Resumen.

Actuialmente existe una problemtica presente en todo el mundo, la cual es el poder generar energa elctrica sin necesidad de deteriorar el medio ambiente en el proceso y una posible solucin es usar el elemento que tiene la mayor prescencia en el universo, el hidrgeno, un gas que se puede obtener prcticamnte de cualquier molcula, este elemento se puede aprovechar en una celda para obtener directamente la energa o tambin podra usarse como fuente de poder mecnica de una turbina en una planta generadora, este tipo de avance tecnolgico se puede aplicar en cualquier parte del mundo ya que no hay escaces de hidrgeno en ningn lado, pero aun existen muchas limitantes, las cuales son las tecnologas para la obtencin de este elemento o el mismo almacenamiento del mismo, ya que es un gras altamente flamable y tambin maneja presiones muy elevadas, pero con lo estudios necesarios se podr llegar a un punto en el que la produccin de energa elctrica en base a el hidrgeno sea la nueva forma convencional de obtencin de energa elctrica.

II. Glosario de frmulas.

Constate geomtrica con un valor de 3.141 592.Constante de tiempoVelocidad angular = 2fffrecuenciaFPfactor de potencia tan(V I) = Q/P (relaciona el ngulo)Al AluminioHCl Acido Clorhdrico

III. Introduccin.

Este proyecto servir para demostrar el cmo se puede generar energa elctrica usando hidrogeno en lugar del vapor de agua.Ya que el hidrgeno es el elemento ms abundante en el universo, y pues el agua es un recurso crticamente limitado en el planeta y pues son demasiados los procesos para poder reutilizar el agua aunque ya recuperada no se puede volver utilizar en el proceso, en cambio el hidrgeno se puede obtener de cualquier lugar, claro, llevando a cabo una reaccin qumica que lleva a cabo la liberacin de hidrogeno de prcticamente cualquier compuesto.En esta pequea demostracin lograremos hacer visible esta forma de generacin gracias al uso de la sosa caustica y aluminio en una reaccin qumica que provoca la liberacin de hidrogeno a alta presin.Y este mismo hidrgeno lograra mover una turbina y esta a su vez mover a un rotor de un generador de energa directa, claro, se presentan algunos riesgos ya que las presiones y la flamabilidad del hidrgeno son muy altas, haciendo que el uso del hidrgeno sea una tarea un tanto arriesgada pero ms sustentable.Este proyecto tiene cmo objetivo demostrar cmo es rentable usar el hidrgeno como fuerza mecnica o de ignicin y as poder considerar esta nueva tecnologa en progreso como algo ya necesario para poder pasar a la siguiente era.

IV. Marco TericoHidrogeno

El hidrgeno es el elemento qumico ms ligero y abundante del Universo aunque es complicado encontrar yacimientos de hidrgeno libre en la Tierra. Como gas se presenta de forma incolora e inodora y con la cualidad de ser altamente combustible, es decir, de oxidarse en presencia de oxgeno o aire desprendiendo energa en forma de calor y como residuo nicamente agua pura.No es una fuente de energa primaria sino un vector energtico empleado para almacenar y transportar energa a partir de: una materia prima que lo contenga y un aporte de energa externo, pudiendo ser ste renovable.El hidrgeno es de esta forma, un vector energtico limpio y sostenible, seguro y eficiente, llamado a complementar en un futuro a la electricidad a la hora de garantizar el suministro energtico. Adems est especialmente indicado para incrementar la penetracin de las energas renovables cuando se utiliza como fuente de almacenamiento.Procedimientos de obtencin de hidrgenoActualmente existen tecnologas en distintas fases (investigacin, desarrollo y comercializacin) que permiten producir hidrgeno a partir de diversos tipos de materias primas como el agua, la biomasa o los recursos fsiles (carbn, petrleo y gas natural) y con un aporte de energa que puede provenir de combustibles convencionales, energa nuclear o fuentes renovables. Por tanto, la sostenibilidad del proceso de produccin depender de la tecnologa empleada y de la fuente energtica externa.Hoy da el 94% del hidrgeno producido a nivel mundial se origina mediante reformado de gas natural (metano), que consiste en partir la molcula de este gas al combinarla con vapor de agua, requiriendo para ello de un aporte de energa adicional.Este proceso, el de menor coste econmico a gran escala, emite CO2 al utilizar una materia prima de origen fsil. Estas emisiones son, en la prctica, de aproximadamente 7 kg de CO2 por 1 kg de hidrgeno producido.

Por otra parte, existe un grupo de procesos (electrlisis, termlisis, fotoelectrlisis, etc.) limpios en lo que a emisiones de CO2 se refiere, basados en la rotura de la molcula de agua segn la siguiente reaccin: H2O + energa > H2 + O2

Generacin de electricidad

El uso ms prometedor del hidrgeno como energa es el de transformarlo en electricidad mediante una pila de combustible. Este proceso consiste en mezclar hidrgeno con oxgeno a travs de unas membranas que separan a los protones de los electrones, obligando a estos ltimos a pasar por un circuito externo dnde se genera electricidad, produciendo vapor de agua como nico residuo. (Se puede usar cualquier combustible que contenga hidrgeno, pero en este caso tambin se emitira CO2) Este mtodo es ms eficiente que la combustin del hidrgeno presentando un rendimiento del 50%, que pese a ser bueno queda muy lejos del 90% de las bateras convencionales.

Los usos para la pila de combustible son mltiples ya que se plantea como una alternativa a las bateras convencionales al tener unos tiempos de recarga mucho ms bajos. Mientras la batera se ha de conectar a la red elctrica para recargarse la pila de combustible solo necesita repostar hidrgeno para seguir produciendo electricidad.Aun as el campo ms prometedor y en el que se est investigando ms es en su utilizacin en vehculos, ya que como consumidores estamos acostumbrados a no esperar para repostar el coche. En la Wikipedia podis encontrar una lista de vehculos con pila de combustible y en esta entrada hay algunos ejemplos de barcos que la utilizan.La primera empresa que comercializar un coche alimentado por pila de combustible es Honda que alquila su FCX Clarity en EE.UU. y Japn.Otro uso que se est potenciando mucho es su uso como generadores domsticos de calor y electricidad, reemplazando los calentadores de gas, en Japn hay un programa para incentivar su uso en los hogares.Tambin se plantea su utilizacin como almacenes de electricidad elica o solar para utilizarla cuando le conviene a la red y no slo cuando est disponible, como sucede en la actualidad.

Economa del hidrogeno

La Economa de Hidrgeno es una economa hipottica en la cual el hidrgeno es un medio de transporte de energa y no una fuente primaria de energa como lo son la energa atmica, el petrleo, el carbn o el gas natural.La propuesta de una economa de hidrgeno tiene el propsito de resolver el efecto invernadero generado por el uso de combustibles fsiles en el transporte y otras aplicaciones donde se libera CO2 a la atmsfera.En la economa actual, el transporte de personas y bienes es energizado por los derivados del petrleo (bencina, diesel, carbn y gas natural). Sin embargo la combustin de estos hidrocarburos genera gases que ayudan a incrementar el efecto invernadero y que son txicos. Adems las reservas mundiales son limitadas.En una economa de hidrgeno, el hidrgeno sera manufacturado a travs de alguna fuente primaria de energa y usado como reemplazo de los combustibles fsiles usados para el transporte. El hidrgeno sera utilizado cmo combustible en celdas de combustible o en motores de combustin interna. Esta segunda opcin es poco probable, debido a que la eficiencia de stos motores es ms baja que la de las celdas de combustible (los motores de combustin interna no superan el 35% de eficiencia) y es difcil que se logre aumentar esta eficiencia debido a la naturaleza de los procesos termodinmicos. Las celdas de combustibles pueden lograr eficiencias de entre un 45% y un 50% en aplicaciones mviles (automviles, buses, etc) y un entre un 60% y un 70% en aplicaciones fijas (generadores de potencia elctrica). De fuente de energa primaria se ocuparan plantas fijas que ocupen energas renovables, nuclear o hidrocarburos. Con el uso apropiado de energas primarias, se podra reducir en gran medida la emisin de gases que generan el efecto invernadero.La produccin de hidrgeno puede ser centralizada, distribuida o una mezcla de stas opciones. Mientras la generacin de hidrgeno en grandes plantas centralizadas promete una mayor eficiencia en la produccin del hidrgeno, tiene la dificultad de transportar un gran volumen a travs de grandes distancias (lo cual es bastante costoso cmo se explica ms adelante), lo que hace a la distribucin de energa elctrica ms atractiva dentro de una economa de hidrgeno. En ese escenario, pequeas plantas regionales o incluso estaciones de servicio pueden generar hidrgeno usando energa provista por la distribucin elctrica. Mientras la eficiencia de generacin es menor en ste caso que en una generacin centralizada, las prdidas en el transporte de hidrgeno, la pueden hacer una opcin mucho ms eficiente.Una incertidumbre sobre una futura la economa de hidrgeno es si la distribucin de hidrgeno va a competir con la distribucin elctrica. En otras palabras, si el hidrgeno va a ser generado de forma limpia (a travs de energas renovables, nuclear, o a base de combustibles fsiles con secuestracin de carbono) y transportado a los puntos de demanda de energa donde sera transformado en electricidad mediante una gran cantidad de pequeos generadores o si va a ser la electricidad la forma de transportar la energa para luego generar el hidrgeno y ser utilizado slo en aplicaciones mviles. Esto va a depender del avance de las tecnologas. Por el momento el transporte del hidrgeno es sumamente caro, debido a la infraestructura necesaria, la cual es mucho ms costosa que para el gas natural debido a que el hidrgeno se fuga fcilmente a travs de los conductos y tiene una densidad de energa mucho menor, lo que hace que para transportar la misma energa se requiera transportar mucho ms hidrgeno que gas natural.

Dinamo

Para conseguir sacar la corriente generada en la espira, colocamos unos colectores que giren con cada uno de los extremos de la espira y unas escobillas fijas por donde sacamos la corriente.

Si nos fijamos en los colectores estos estn cortados. El motivo es para que por fuera de la espira la corriente siempre vaya en el mismo sentido (corriente continua). Giremos mentalmente la espira y analicemos que si los colectores fueran anillos completos (sin cortar) la corriente por fuera de la espira saldra por la escobilla (fija sin moverse) en un sentido y cuando la espira gira media vuelta saldra por el sentido contrario, es decir estaramos generando corriente alterna, y no sera una dinamo sera un alternador (generador de corriente alterna).

V. Desarrollo. Reaccin qumica

El aluminio est recubierto por una capa protectora de xido de aluminio, este oxido de aluminio reacciona con la base y forma un complejo de hidrxido de aluminio (el aluminio forma muy fcilmente complejos de coordinacin que presentan equilibrio la adicionar cidos o bases). El aluminio queda desprotegido y reacciona vigorosamente con la solucin y desprende hidrogeno La reaccin es la siguiente:

Al + NaOH + H2O -----> AlO2Na + 3/2 H2

La reaccin es bastante rpida y exotrmica, si se calcula bien la cantidad de agua los residuos son totalmente slidos. En teora la reaccin es completa con 35 gramos de aluminio, 40 de sosa y 18 de agua. Por cada gramo de aluminio se obtienen aproximadamente 10 litros de hidrogeno.

El aluminio se coloca en el fondo del frasco y por el embudo se aade una disolucin lo ms concentrada posible de hidrxido sdico (soda custica) tener cuidado al disolver la soda en agua ya que la disolucin se calienta bastante y es corrosiva para la piel y la ropa. La disolucin de soda entra hasta el fondo del frasco haciendo un lazo que acta de sifn. Antes de poner el generador en marcha se mantiene a baja altura para que el lquido no entre en contacto con el aluminio. Cuando se sube a unos 30 cm el lquido pasa al frasco del reactor y reacciona con el aluminio. Si la reaccin es excesivamente violenta la presin en el interior aumenta mucho y la propia presin devuelve al embudo la solucin de soda. El nico problema es que el hidrogeno formado arrastra sosa custica y humedad. Esto tambin ocurre en la reaccin cido-metal, por ello es conveniente hacer pasar el hidrogeno por un frasco de lavado o de desecacin. Se puede observar que despus de la reaccin queda un residuo grisceo. El aluminato sdico es blanco pero el aluminio puede contener algo de silicio o cobre que queda sin reaccionar oscureciendo el aluminato.

Al2O3 + 2 NaOH + 3 H2O => 2 Na+ + 2 [Al(OH)4] - 2Al + 3H2O > 2Al(OH) 3 + 3H2

El hidrgeno obtenido en forma de gas en altas presiones y gracias a eso se puede mover la turbina acoplada en la misma flecha de un generador de 12 volts, gracias al corte de lneas que realiza internamente el dinamo, por la ley de Faraday induce un voltaje y este mismo es entregado en los terminales del generador para ser usados para alimentar cualquier otra cosa, no se espera que la eficiencia de la generacin sea ms alta del 50% como en el caso del ciclo combinado, el cual se usa mayoritariamente en todo el mundo.

VI. Resultados y Conclusiones.

Este proyecto fue muy til ya que se logr demostrar que el hidrgeno en su forma gaseosa es muy til para poder impulsar una turbina y as generar energa elctrica en un alternador, la eficiencia sigue siendo muy baja pero es una obtencin de energa mucho ms sustentable que cualquier otra ahora implementada.El aprovechamiento sigue estando lejos del 100%, pero el obtener hidrgeno salva al planeta de la alteracin de los ecosistemas por la creacin de presas, plantas geotrmicas entre otras plantas generadoras.

VII. Referencias Bibliogrficas

http://queinventenellos.com/el-hidrogeno-como-fuente-de-energia/

http://web.ing.puc.cl/power/alumno07/Pagina%20Web/energia.html

https://www.agenciaandaluzadelaenergia.es/ciudadania/renovables/energia-hidrogeno