institutotecnolÓgic oy de estudios

INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOSSUPERIORES DE MONTERREY

CAMPUS MONTERREYDIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA

TECNOLÓGICODE MONTERREY

PRODUCCIÓN DE HIDROGENO UTILIZANDOPANELES FOTOVOLTAICOS

T E S I SPRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL

PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE:

MAESTRO EN CIENCIAS CONESPECIALIDAD EN INGENIERÍA ENERGÉTICA

POR:HÉCTOR MANUEL GONZÁLEZ CRUZ

MONTERREY, N. L. DICIEMBRE DE 2007

Resumen

En los próximos años, el costo de combustibles fósiles será muy alto debido a laescasez de reservas de petróleo. Es necesario desarrollar nuevas fuentes de energíapara satisfacer las necesidades del ser humano. El hidrógeno es el elemento químicomás abundante en el planeta y es un buen transportador de energía, por lo que puedeutilizarse como combustible renovable para la mayoría de las actividades humanas.

El hidrógeno puede obtenerse por procesos de separación de compuestos comoel metano o el agua. Al utilizar energía renovable como fuente principal para laproducción de hidrógeno se evita la emisión de gases de efecto invernadero (GEI).

La presente tesis presenta una de tantas maneras de aprovechar la energía del Solpara producir hidrógeno por el método de electrólisis. El aprovechamiento de la energíasolar se realiza mediante paneles fotovoltaicos, que alimentan un electrolizador al-calino para producir hidrógeno utilizando corno electrolito hidróxido de potasio (KOH).

El material utilizado para este sistema fue de bajo costo para establecer sufactibilidad de funcionamiento y su posible aplicación a futuro. Se llevó a cabo unarecolección de datos (temperatura, corriente, voltaje) para establecer las cantidades ylas condiciones de producción del hidrógeno.

Como resultados se encontró que bajo las condiciones de diseño de 20A y IV lospaneles fotovoltaicos trabajan con una eficiencia entre 7% y el 12%, el electrolizadortiene un rendimiento entre 43% y 51% y todo el sistema en conjunto tiene unaeficiencia entre 3% y 6%. Estos valores dependen de las condiciones ambientales(soleado, nublado, nubes).

Considerando los valores promedios se encontró que las eficiencias de los panelesfotovoltaicos, el electrolizador y el sistema completo trabajan con una eficiencia del8 %, 50 % y 4 % respectivamente.

X

Dedicatoria

A mi familia (Héctor, María y Natalia)...

A mi abuelo (Pepe)...

A mis tíos (Leticia y Martín)...

A l Dr. Manrique (q.e.p.d.).

X I

Agradecimientos

Agradezco al Centro de Energía Solar que por medio de la Cátedra de Energía

Solar me otorgó el apoyo tanto académico como económico para realizar este postgrado.

Doy las gracias a los profesores del claustro por su apoyo y sus enseñanzas en el

área de la energía térmica; a Karla, a Don Max y a Jorge por su colaboración en la

elaboración de este proyecto.

Y especial agradecimiento al Dr. José Ángel Manrique (q.e.p.d.) por darme la

oportunidad de colaborar en el Centro de Investigación y en la Cátedra de Energía

Solar.

Contenido

Resumen x

Contenido xiii

Lista de Figuras xvi

Lista de Tablas xix

1. Introducción 1

1.1. Panorama energético 2

1.2. Definición del Problema 3

1.3. Antecedentes de la producción de Hidrógeno Solar 4

1.4. Justificación 5

1.5. Objetivo 6

1.6. Metodología 7

2. Análisis de Fundamentos 8

2.1. Energía Solar 8

2.1.1. Geometría Solar 8

2.1.2. Radiación Solar Terrestre 10

2.2. Electroquímica 14

2.2.1. Leyes de Faraday 14

XII

Contenido xiii

2.2.2. Electrólisis 15

3. Prototipo 17

3.1. Diseño y construcción 17

3.1.1. Panel fotovoltaico 18

3.1.2. Electrolizador 23

3.1.3. Sistema de distribución 27

3.2. Arranque y puesta en marcha 31

3.3. Teoría y experimentos 33

4. Resultados 38

5. Conclusiones y trabajo futuro 102

5.1. Trabajo futuro 103

A. Balance de energía en el electrolizador 106

B. Datos de Insolación 108

C. Análisis económico 124

Bibliografía 129

índice de figuras

1.1. Diagrama esquemático de un sistema de producción de hidrógeno solar 4

1.2. Diagrama esquemático del proyecto de producción de hidrógeno solar . 5

2.1. Esquema para el cálculo de la masa de aire 11

2.2. Ángulo de incidencia 9 12

3.1. Celda Solar de Silicio Monocristalino 18

3.2. Base del panel fotovoltaico 19

3.3. Panel fotovoltaico 21

3.4. Módulo fotovoltaico 22

3.5. Tapa superior del Electrolizador 24

3.6. Electrodo positivo 25

3.7. Electrodo negativo 26

3.8. Conexiones internas del Electrolizador 27

3.9. Sistema de purificación de hidrógeno 28

3.10. Tapa superior del purificador 29

3.11. Electrolizador conectado al sistema de purificación 30

3.12. Purificador armado 30

3.13. Sistema de Producción de Hidrógeno Solar 33

3.14. Electrolizador y sus conexiones dentro del sistema de producción de

hidrógeno 34

XIV

Índice de figuras xv

4.27. Gráfica de energía solar y fotovoltaica 22-Ago-07 94

4.1. Gráfica de energía solar y fotovoltaica 20-Jul-07 78

4.2. Gráfica de eficiencias 20-Jul-07 79






















4.24. Gráfica de eficiencias 17-Ago-07 92



Índice de figuras xvi












4.39. Gráfica de eficiencias promedio del dispositivo 101

índice de tablas

3.1. Resistividad de materiales en KOH al 27% [1],[2] 23

4.1. Mediciones de voltaje y corriente alimentados al electrolizador, energía solar dispo-

nible y la energía solar teórica (20 Jul 2007) 38

4.2. Cálculos y resultados de volúmenes y eficiencias eléctrica, fotovoltaica y del sistema

(20 Jul 2007) 41



4.4. Cálculos y resultados de volúmenes y eficiencias eléctrica, fotovoltaica y del sistema

(21 Jul 2007) 45



4.6. Cálculos y resultados de volúmenes y eficiencias volumétrica, eléctrica, fotovoltaica

y del sistema (22 Jul 2007) 49







XVII

Índice de tablas X V I I I















4.17. Medie ñones de voltaje y corriente de los paneles fotovoltaicos y su eficiencia (28 Jul

2007) 73

4.18. Mediciones de voltaje y corriente de los paneles fotovoltaicos y su eficiencia (29 Jul

2007) 75

B. l . Insolación del 21 al 25 de Julio del 2007 108

B.2. Insolación del 26 al 30 de Julio del 2007 110

B.3. Insolación del 31 de Julio al 4 de Agosto del 2007 112

B.4. Insolación del 5 al 9 de Agosto del 2007 114





índice de tablas xix

C. l . Costos del material utilizado para fabricar los paneles fotovoltaicos 124

C.2. Costos del material utilizado para fabricar el electrolizador 126

C.3. Costos del material utilizado para fabricar el sistema de purificación del hidrógeno 127

Capítulo 1

Introducción

En los próximos años, el costo de los combustibles fósiles será muy alto debido a

la escasez de reservas petroleras y a lo difícil que es obtenerlo en aguas profundas. Por

ello, es necesario desarrollar nuevas fuentes de energía para satisfacer las necesidades

del ser humano. El hidrógeno es el elemento químico más abundante en el planeta y

es un buen transportador de energía, por lo que puede utilizarse como combustible

renovable para la mayoría de las actividades humanas. El hidrógeno se obtiene

por procesos de separación de compuestos como el metano o el agua. A l utilizar

energías renovables como fuente primarias para la separación del hidrógeno, se evita

la producción de gases de efecto invernadero.

Durante la crisis petrolera de la década de los 70's la humanidad se dio cuenta

que depende en gran parte de los combustibles fósiles. Y el problema no es la posible

escasez de este recurso energético sino la manera en que se encuentra distribuida

dentro del planeta (La mayoría de las reservas petroleras del mundo se encuentran en

el Medio Oriente). La principal consecuencia de dicha crisis fue el realizar innovación

y conversión de la industria provocando que el ser humano se enfocara en la investi-

gación y el desarrollo de nuevas fuentes de energía como la solar, la nuclear, entre otras.

1

1.1. Panorama energético 2

1.1 Panorama energético

Durante la era del carbón se desarrollaron diferentes conceptos en conocimiento y

tecnología para poder extender la vida út i l de las minas como los sistemas de drenaje

para evitar inundaciones dentro de las mismas y la aplicación del concepto de presión

atmosférica en la tecnología del bombeo.

Para 1705, Thomas Newcomen inventó la máquina de vapor que provocó la

primera Revolución Industrial. En 1769, James Watt mejoró la máquina de Newcomen

haciéndola cuatro veces más eficiente que su predecesora, esta mejora trajo consigo el

desarrollo del sistema de transporte ferroviario.

Para la segunda mitad del siglo X IX , buscando pozos subterráneos de agua, se

encontraron los primeros yacimientos de petróleo. Esto trajo una nueva revolución

tecnológica con la creación de industrias extractoras, exploradoras, transportadoras,

transformadoras y distribuidoras de este recurso y de sus derivados.

Con la patente de la lámpara incandescente, en 1880 se inició la industria eléctrica

cuyos generadores eran máquinas de vapor. La industria eléctrica comenzó con sistemas

aislados de iluminación pública, después se comienza a entregar energía durante el día

a las industrias provocando una interconexión de los sistemas hasta crear pequeños

monopolios regionales. Dentro de los cambios tecnológicos se encuentran el cambio

de motores de vapor por motores eléctricos y el cambio en la forma y tamaño de las

plantas industriales así como también su ubicación.

1.2. Definición del Problema, 3

La industria eléctrica fue afectada por la crisis petrolera de los años 70's debido

al aumento de precio en los combustibles fósiles y el aumento en el costo de capital

que provocó un aumento en la inflación en la mayoría de los países, sobretodo si eran

importadores de petróleo.

A causa de los desastres ecológicos causados por los derrames petroleros en los

mares y la acumulación de contaminación atmosférica en las grandes ciudades, durante

la década de los 80's comenzó a surgir en la sociedad la conciencia ecológica. Para los

90's la preocupación se centró en el cambio climático debido a la acumulación de los

gases de efecto invernadero.

1.2 Definición del Problema

Hoy en día la humanidad depende en gran medida de la producción de energía

eléctrica por medio de combustibles fósiles. Se sabe que no quedan más de 50 años de

reservas petroleras, aproximadamente; por lo que es necesario el desarrollo de nuevas

fuentes y mecanismos de producción utilizando recursos renovables como el viento, el

agua, el sol.

Es bien sabido que el hidrógeno es uno de los elementos químicos más abundante

en el planeta, además su poder calorífico es mucho mayor que el de los combustibles

usados en la actualidad como la gasolina, diesel, carbón, etc. El inconveniente de este

elemento es que no existe en forma pura en el ambiente debido a que es un elemento

muy ligero y fácil de combinar o reaccionar con los demás elementos químicos.

Por lo anterior el presente trabajo se centra en el desarrollo de la producción de

hidrógeno por medio de energía renovable, específicamente la energía solar fotovoltaica.

1.3. Antecedentes de la producción de Hidrógeno Solar 4

1.3 Antecedentes de la producción de Hidrógeno

Solar

Existen diferentes procedimientos para separar el hidrógeno a partir de algún

compuesto químico natural (como el agua y el metano) tales como la electrólisis,

la gasificación, procesos fotoelectroquímicos, entre otros. Los métodos más comunes

que se aplican para producir hidrógeno utilizando energía solar son la termolisis

y la electrólisis. La primera consta de elevar la temperatura del agua por medio

de un concentrador a temperaturas del orden de 1000° C y la segunda consiste

en alimentar energía eléctrica al agua por medio de electrodos.También existen

métodos compuestos o híbridos, como a partir del vapor que produce un concentrador

se pasa por un ciclo de vapor para generar electricidad y por medio de ésta el hidrógeno.

Solar Hydrogen Production

Qnydrogen gas

Electric power controller

Electric utility grid

(̂Hydrogen gas\ (̂Oxygen gas J) Hydrogen piirifier Oxygen purifier

Electrolyzer

CP Makeup water purifier Electrolyte tank

Figura 1.1: Diagrama esquemático de un sistema de producción de hidrógeno solar

1.4. Justificación 5

La eficiencia de un sistema de producción de hidrógeno por electrólisis con celdas

solares es de 11 % [3], 7% [4]. Para un sistema de concentradores solares y un ciclo

de vapor para generar energía eléctrica y alimentar,con ésta, a un electrolizador es

de 21.4% [3]. Y para un sistema de alta temperatura vía concentradores solares se

calcula una eficiencia del 32.9% [3].

En la figura 1.1 se muestra un esquema [5] general de un sistema de producción

de hidrógeno con celdas solares vía electrólisis y, en la 1.2 se expone el diagrama del

sistema que se construyo para este proyecto.

Tanque de agua y

Hidrógeno

Purificador deH2

Oxigeno

Figura 1.2: Diagrama esquemático del proyecto de producción de hidrógeno solar

1.4 Justificación

La justificación principal del desarrollo de este proyecto es el de encontrar una

fuente de energía capaz de competir dentro del mercado actual o el futuro. Esto

se debe a que los costos por combustibles son las principales causas de la quiebra

financiera de industrias y plantas de generación alrededor del mundo. Lo anterior hace

que se cambie a combustibles más baratos que, en la mayoría de los casos son más

1.5. Objetivo 6

contaminantes debido a la alta producción de gases de efecto invernadero (GEI), como

el combustóleo o el coke.

Otra ventaja es que la combustión del hidrógeno es limpia, esto quiere decir que

el producto de su quema es vapor de agua. Por lo que se dejaría de emitir GEI a la

atmósfera. Esto siempre y cuando la forma de obtener el hidrógeno sea por medio de

un proceso que no utilice combustibles fósiles como fuente principal.

También se dejaría de depender al 100% de los recursos energéticos fósiles. Lo cual

traería como beneficio una diversificación en el mercado de fuentes de energía.

A l implementar pequeñas plantas basadas en este sistema de producción de energía

eléctrica se obtendría el beneficio de la generación distribuida, que no es más que el

evitar las pérdidas por transmisión y distribución teniendo así un sistema eléctrico

más estable.

1.5 Objetivo

El objetivo de este proyecto es el encontrar los costos de producción del hidrógeno

por medio de electrólisis teniendo como fuente la energía solar fotovoltaica, así como

también su eficiencia tomando en cuenta que es un sistema doméstico. La idea principal

de este proyecto es el comprobar qué tan eficiente es la producción distribuida de

hidrógeno por medio de energía solar fotovoltaica.

1.6. Metodología 7

1.6 Metodología

Para este proyecto se utilizarán el método analítico y el experimental. El primero

se utilizará para obtener una eficiencia nominal de acuerdo a los datos de cada parte

manufacturada como el panel solar donde se obtendrán el voltaje y corriente que

serán datos para obtener la eficiencia de conversión de energía para el proceso de

electrólisis, el electrolizador donde se obtendrán los datos de flujo de entrada del

electrolito y de salida de los gases (oxígeno e hidrógeno) para obtener una eficiencia par-

cial de esta parte del sistema, para así obtener finalmente la eficiencia total del sistema.

Para la parte experimental se obtendrán los datos arriba mencionados tomando

un valor promedio sobre las mediciones realizadas cada cinco minutos durante varios

días para cada parte del sistema para así obtener una eficiencia real total y para cada

parte del prototipo desarrollado en base al modelo del libro electrónico Build a Solar

Hydrogen Fuel Cell System [6].

Capítulo 2

Análisis de Fundamentos

En este capítulo se presentan los conceptos fundamentales de Energía Solar y

Electroquímica. En el apartado de Energía Solar se presentan conceptos de geometría

solar los cuales se utilizan para obtener la cantidad de energía disponible para la

conversión fotovoltaica. En la parte de Electroquímica se muestran los conceptos

básicos de la electrólisis así como las ecuaciones que rigen esta materia.

2.1 Energía Solar

Para aprovechar la energía solar que incide en la superficie terrestre, es necesario

analizar la radiación que emite el Sol, así como las características de ésta al incidir en

la atmósfera de la Tierra.

2.1.1 Geometría Solar

El Sol tiene una estructura muy compleja, por lo que para aplicaciones de ingeniería

es bueno considerar al Sol como un cuerpo negro a una temperatura de 5762 K. La

8


constante solar I0 es la cantidad de energía por unidad de tiempo que recibe una

superficie de área unitaria, en el espacio, perpendicular a la radiación solar. El valor

de I0 es de 1.353kW/m2 = 429Btu/hr • ft2 [7].

Suponiendo que la Tierra está fija en el espacio y que el Sol gira alrededor de ésta.

La posición del Sol se describe por medio de dos variables angulares: la altura solar

(a) y el acimut solar ( 7 ) . La primera variable (altura solar) es el ángulo que forma el

Sol con el horizonte y, el acimut solar, es el ángulo que se forma entre la proyección

horizontal de la ubicación del Sol y el sur verdadero. El valor de estas variables

depende de la latitud del lugar (0), la declinación (ó) y el ángulo horario (u).

La lati tud es el ángulo que forma un lugar determinado en la Tierra con respecto

al plano del ecuador. Su valor es positivo cuando se mide hacia el norte del ecuador, y

negativo cuando se mide hacia el sur del mismo.

La declinación es el alejamiento del Sol respecto el ecuador. El desplazamiento

puede ser hacia el sur o hacia el norte y depende del día del año, calculándose con la

siguiente expresión:

Donde n es el día del año (1 < n < 365). El último parámetro es el ángulo horario,

éste es cero al mediodía solar y toma valores de 15° cada hora, con signo positivo

antes del medio día y negativo por las tardes.

Definidos la lat i tud, el ángulo horario y la declinación, se puede calcular el acimut

y la altura solares con las ecuaciones:

(2.1)


sin a = eos é eos 5 eos LO + sin <f> sin 6 (2.2)

eos 5 sm o,1

sin 7 = cosa

(2.3)

Las ecuaciones descritas en este apartado se ocupan para saber la trayectoria del

Sol y la radiación solar que recibe cierta superficie (Panel, colector, etc.) con determi-

nada inclinación y orientación en la superficie terrestre en cualquier día o época del año.

2.1.2 Radiación Solar Terrestre

La atmósfera terrestre se compone de varias capas: troposfera, estratosfera,

ionosfera y exosfera. La composición de la atmósfera hasta unos 80km de altura se

considera constante con una composición de 78 % N2, 21 % O2 y el resto de otros gases

como CO2, Ar, ozono y vapor de agua. El ozono absorbe la radiación ultravioleta

(A < 0.29/Ltm), y el vapor de agua la radiación infrarroja (A > 2.3¿/m); por lo que la

radiación que llega a ser transmitida a la superficie terrestre está compuesta, casi en

su totalidad, por longitudes de onda entre 0.29/xm y 2.3/im, con atenuaciones debido

a los fenómenos de absorción (O3, H 2 0 y CO2) y dispersión (polvo, vapor de agua, etc.).

A la longitud de la trayectoria que sigue la radiación solar al cruzar la atmósfera

se le conoce como masa de aire. Esta es unitaria a nivel del mar a 1 atm de presión y

cuando la trayectoria de la radiación es vertical; es decir, cuando el Sol se localiza en

el cénit (9Z = 0). En la figura 2.1 se muestra como la masa de aire (m) depende de la

distancia AB y el ángulo cenital (0Z) o la altura solar (a).


m = sec 9Z (2.4)

V {1229 + (614 sin a ) 2 } 2i V 2 614 sin a (2.5) m Po

La ecuación 2.5 es út i l para calcular la masa de aire para presiones diferentes a la

presión a nivel del mar (P0 = 101.325A;Pa), esto debido a la alt i tud.

Existen diferentes tipos de radiación como la radiación directa, la cual es la que no

experimenta cambios en su trayectoria debido a dispersión o absorción; la radiación

difusa, que es la que experimenta dispersión en la atmósfera y no tiene una dirección

específica; y la radiación total, cuyo valor es igual a la suma de la radiación difusa y

directa.

o

Figura 2 . 1 : Esquema para el cálculo de la masa de aire


Radiación sobre una superficie inclinada

Para una superficie inclinada con ángulo p respecto a un plano horizontal y un

ángulo acimutal (7) respecto al sur, el ángulo de incidencia (0) para una radiación

directa es aquel que se forma entre la normal de la superficie y el haz de radiación.

Expresando matemáticamente:

eos 0 = sin 6 sin (p eos fj — sin ó eos é sin (3 eos ys + eos S eos 0 eos ¡3 eos u? +

+ eos S sin (f) sin 0 eos 7^ eos u> + eos 5 sin ¡3 sin 7^ sin u> (2-6)

Para la ecuación 2.6 existen ciertos casos especiales:

Radiación en superficie horizontal. Ocurre cuando el ángulo 9 =

dando como resultado la ecuación 2.2.

0, y P = 0 o


eos 9Z = eos 0 eos ó eos u + sin r¿> sin 6 (2-7)

Radiación en superficie vertical orientada hacia el sur. Es el caso para cuando

7s = 0 o y 0 = 90°. Matemáticamente queda:

eos 9 = — sin ó eos cf> + eos 6 sin ó eos UJ (2.8)

Radiación en superficie inclinada hacia el sur. En este caso el ángulo de inci-

dencia 9 es igual al ángulo acimutal 7, para una superficie ubicada en una latitud

equivalente a ( 0 — 0).

eos 9 = sin 5 sin (4> — 0) + eos 5 eos (</> — 0) eos u> (2.9)

Normalmente se conoce la radiación directa sobre una superficie horizontal, pero

para conocer la radiación directa sobre una superficie inclinada es necesario definir

el cociente (Rb) de la radiación directa en una superficie inclinada 7¡,)C y la radiación

directa sobre una superficie horizontal h,h- De la figura 2.2 se puede observar las pro-

yecciones de h sobre el plano horizontal, que depende del ángulo 9Z y la de la superficie

inclinada que depende del ángulo 6.

h,c heos 9 eos 9 b * h,h h eos 9z eos #2

Para el caso en que se tiene una superficie inclinada con vista hacia el sur

las ecuaciones 2.7 y 2.9 para tener como resultado la ecuación 2.11.

sin 5 sin (4> — 0) + eos S eos (<p — 0) eos UJ

b sin í5 sin <¡> + eos ó eos <¡> eos u

(2.10)

. se utilizan


2.2 Electroquímica

La electroquímica es la rama de la química que se encarga de la relación entre

la electricidad y las reacciones químicas. A continuación se presentan las principios

más elementales de la electroquímica que se utilizaron para desarrollar el presente

proyecto.

2.2.1 Leyes de Faraday

Para comprender las leyes que rigen a la electroquímica es necesario tener en cuenta

los siguientes conceptos:

Constante de Faraday Es la cantidad de carga eléctrica contenida por un mol de

electrones.

F = Nav • e~ = 6.0231023 • 1.60210 - 1 9 = 9 6 4 9 0 C / W • e" (2.12)

Equivalente electroquímico Masa de un compuesto depositada en un electrodo du-

rante la electrólisis producida por un Coulomb.

E< - m (2-13)

Donde P.A. es el peso atómico del elemento o compuesto y N.V. es el número de

valencia del elemento o compuesto.

Una vez definidos estos conceptos, se describen las leyes de Faraday que gobiernan

cualquier proceso de electrólisis, sin importar si es un medio ácido o alcalino.


P H m p r n T,f>v H« Faraday La masa de un elemento depositada en un electrodo es

a la cantidad de electricidad que pasa a través del electrolito.

m = l ^ = < ? ^ (2-M)

Segunda Ley de Faraday La masa de diferentes elementos depositados o disueltos

en un electrodo por la misma cantidad de electricidad, son proporcionales a sus

equivalentes electroquímicos.

2.2.2 Electrólisis

La reacción química (combustión) del hidrógeno ( i / 2 ) con el oxígeno (O2) es

espontánea, produciéndose agua (H2O) y una corriente eléctrica. Este tipo de reacción

química se conoce como de oxido-reducción. Es posible realizar la reacción inversa,

pero para ello es necesario utilizar una fuente de energía (electricidad). Este tipo de

reacciones impulsadas por una fuente externa de energía se conocen como reacciones

de electrólisis y se realizan en celdas electrolíticas.

Una celda electrolítica está formada por dos electrodos en una solución, ya sea

acida o alcalina. La celda se activa al conectarse a una fuente de corriente directa, que

inyecta electrones en un electrodo y los toma del otro.

El electrolito es la sustancia que contiene iones al estar en solución acuosa. Existen

dos tipos de electrolitos: los electrolitos fuertes, que son básicamente compuestos

iónicos y algunos compuestos moleculares que crean iones al disolverse, como el ácido

clorhídrico (HCL); y los electrolitos débiles, compuestos moleculares que producen

pequeñas concentraciones de iones al disolverse.


Electrólisis del agua

La electrólisis del agua se representa por la siguiente reacción química:

2H20—>02 + 2H2 (2.15)

Las reacciones químicas en cada electrodo dependen de la solución electrolítica. Si

se lleva a cabo en un medio alcalino se tiene:

4H+ + 4e' —• 2H2 (2.16)

40H- —> 2H20 + 02 + 4e~ (2.17)

La reacción 2.17 corresponde al ánodo y la reacción 2.16 al cátodo de la celda

electrolítica. En cambio, para un medio ácido:

4 0 f f + + 4e- — • 2 # 2 0 + 0 2 (2.18)

4H- —> 2H2 + 4e~ (2.19)

donde la reacción 2.18 corresponde al ánodo y la reacción 2.19 al cátodo de la

celda electrolítica.

Capítulo 3

Prototipo

En este capítulo se divide en tres partes: diseño y construcción, donde se describe

las bases y el procedimiento que se realizó para armar el prototipo de producción de

hidrógeno; arranque y puesta en marcha; y el apartado de teoría y experimentos donde

se describe el cálculo teórico de la eficiencia por aparato (paneles y electrolizador),

así como también qué t ipo de datos y el cómo se obtuvieron para realizar los cálculos

de eficiencia por aparato y del sistema completo y compararlos.

3.1 Diseño y construcción

Para el diseño y desarrollo de este prototipo se tomaron en cuenta materiales que

fueran de bajo costo y fáciles de conseguir. En el electrolizador se verificó que los

materiales tuvieran una resistencia adecuada para soluciones alcalinas.

17


Figura 3.1: Celda Solar de Silicio Monocristalino

Para la parte trasera o base de cada panel se utilizaron hojas de aluminio de

1/I6"x28"x30". Para la parte frontal de los paneles se prefirió el aerifico transparente

sobre el cristal, debido a su costo, a su alta resistencia a golpes y a que su transmitancia

es de 92 % 2 .

Para marcar la separación entre la parte frontal y la base de cada panel se

utilizaron barras de aluminio de 1" de ancho y 1/4" de grosor, para el marco de cada

1Silicon solar, http://www.siliconsolar.com 2Plaskolite. http://www.plaskolite.com

3.1.1 Panel fotovoltaico

En el diseño del panel fotovoltaico, se tomaron en cuenta celdas solares 1 de 5"x5",

que producen bajo condiciones estándar 4500my4. y aproximadamente 0.5V; esto para

poder tener una buena magnitud de corriente. Para poder llevar a cabo la electrólisis

del agua es necesario alimentar al electrolizador con alrededor de 2V. además como se

vio en el Capítulo 2 entre más corriente se alimente mayor es la producción del gas

hidrógeno.

http://www.siliconsolar.com

http://www.plaskolite.com


panel; además se distribuyeron pedazos de plástico en la parte interna, sin que estos

provoquen sombras, para evitar el contacto de la cubierta con las celdas solares.

Cada una de las bases de aluminio se lijaron y se limpiaron. Posteriormente se

colocó una capa delgada de pegamento silicón para poner sobre ésta una cubierta de

nylon para evitar la entrada de agua y humedad a los paneles, además de evitar el

contacto con las celdas solares.

Para terminar la base de los paneles se aseguro a una mesa la hoja de aluminio,

el acrílico y las barras de aluminio y se marcaron los puntos donde se colocarían los

tornillos. Los tornillos, tuercas y arandelas utilizados fueron de acero inoxidable para

evitar su corrosión debido a las condiciones ambientales. Se uso un taladro para realizar

las perforaciones en los tres materiales. Posteriormente se limpiaron las superficies y se

pegaron con silicón las barras a la base de aluminio, formándose el marco de los paneles.

Figura 3.2: Base del panel fotovoltaico

Antes de empezar la conexión entre las celdas para formar los paneles, fue

necesario realizar una prueba para checar el funcionamiento individual de las celdas e

identificar cuales son sus características de corriente y voltaje. Esto sirve para que se


puedan ubicar las celdas de forma tal que no afecten en el desempeño del panel debi-

do a un rendimiento bajo de alguna de ellas. Para esta prueba se utilizó un multímetro.

De acuerdo al tamaño de las celdas solares y a sus características de corriente y

voltaje, se decidió el ponerlas de tal manera que cada panel pueda producir 2V y 20A

para después conectarlos en serie y tener un sistema de 4V y 20A para alimentar al

electrolizador.

Las celdas fotovoltaicas se colocaron sobre una superficie plana de dimensiones

similares al panel, para distribuirlas de manera uniforme y checar los espacios entre

las mismas. Para realizar las conexiones entre celdas, primero se utilizó alambres de

cobre de 10 milésimas de pulgada de espesor, que se obtuvieron a partir del corte de

hojas del mismo material. También se utilizó un cautín con soldadura de estaño-plomo

(60/40) para pegar cada listón sobre las tiras de conexión de cada celda, la parte

frontal de la celda es la terminal negativa y la parte posterior es la terminal positiva.

El procedimiento de soldadura de cada conexión para las celdas solares fue primero

fundir soldadura con el cautín y aplicar sobre un listón de cobre para evitar ejercer

presión sobre la celda solar, este paso se repitió hasta tener listo todos los listones de

conexión para las celdas. A l terminar se toma una celda y se aplica sobre la superficie

a soldar una solución de flux utilizando un aplicador tipo lápiz, inmediatamente se

toma un listón preparado con soldadura y el cautín para soldar la conexión, el proceso

fue repetido hasta tener listas las 40 celdas que formaran los paneles solares.

A l terminar de soldar las conexiones de las celdas, se procedió a producir los bus

de conexión que fueron fabricados a partir de listones de cobre de 20 milésimas de

pulgada de espesor y 1 1/4" de ancho, para obtener listones de 3/8". La manera


Ya que se tienen los arreglos en paralelo se hace nuevamente una prueba de

desempeño de corriente y voltaje para confirmar que cada conjunto este produciendo

las mismas cantidades aproximadamente. Esto es para evitar la baja producción de

corriente/voltaje que afecte el rendimiento de los paneles.

Las celdas solares conectadas en paralelo, se colocaron en grupos de 4 sobre

una base guía y se unieron con pedazos de bus de cobre y, en los extremos, se sol-

daron los bus que se conectarán a los cables para la distribución de la energía producida.

Figura 3.3: Panel fotovoltaico

Para realizar las conexiones eléctricas se utilizaron unas cajas plásticas donde se

colocaron con pegamento terminales eléctricas para hacer las conexiones bus-cable y

entre paneles. Estas cajas se colocaron por fuera en la parte superior de la base de

en que se conectaron las celdas fue en grupos de 5 celdas en paralelo para tener

un arreglo que produciera 2CL4. y 0.5V. Para unir las celdas, primero se puso solda-

dura en el bus justo en el área donde se conectara con cada celda; posteriormente

de colocaba el bus por debajo del listón de la celda y con la ayuda del cautín se soldaba.

3.1. Diseno y construcción 22

aluminio, también se hicieron las perforaciones correspondientes para dejar salir los

bus. A cada bus se le coloco una terminal de ojillo (forma de O) para poder insertarla

en el banco de terminales y evitar el amontonamiento de cables. A la salida de los bus

se colocó un tubo plástico para evitar que la humedad entre a los paneles y esto afecte

su desempeño.

Para hacer un sello hermético entre el acrílico y la base se colocaron tiras de hule

rojo cuya composición es Caucho Estireno Butadieno (SBR) . Se cortaron tiras del

tamaño de las barras de aluminio y se untó pegamento silicón en ambos lados del hule,

se colocó el acrílico en su posición y se cerró con los tornillos, tuercas y arandelas de

acero inoxidable.

Para terminar se conectan los paneles en serie y se llevan los cables de alimentación

hacia el electrolizador. Los cables utilizados fueron calibre 12 A W G , el cual puede

llevar hasta 3 0 A

Figura 3.4: Módulo fotovoltaico


Tabla 3 .1 : Resistividad de materiales en KOH al 27% [1],[2]

KOH al 27 % Nivel de Corrosión Temperatura Acrílico Resistente 60 - 90° F

PVC Tipo 1 Resistente 60 - 140° F

PVDF (kynar) Resistente 60 - 220° F

Pilopropileno Resistente 60 - 150° F

Hule Rojo (SBR) Resistente -Aluminio Insatisfactorio -Acero Inox 304 < 20 Mils/año 60 - 210° F

Bronce < 20 Mils/año -Latón < 20 Mils/año 60 - 90° F

Pegamento epóxico - -Pegamento silicón Resistente 60 - 210°F

Nylon Resistente 60 - 210° F

3.1.2 Electrolizador

De acuerdo con tabla ?? ([1],[2]) el PVC y el hule rojo, Caucho Estireno Butadieno

(SBR) por sus siglas en inglés, son materiales resistentes al hidróxido de potasio

(KOH), de fácil acceso y no cuestan mucho. Para el cuerpo del electrolizador se opto

por un tubo de PVC Tipo I de 3" de diámetro, 1/2" de grosor y 9 1/8" de largo.

Existen varios tipos de PVC: el Tipo I, el Tipo I I y el de uso común (pared delgada),

para este proyecto se utilizó el PVC Tipo I, aunque no se especifique.

En el cuerpo del electrolizador, 3" aproximadamente de uno de los extremos, se

realizaron dos agujeros, uno opuesto al otro, con la ayuda de un taladro para que

pudieran entrar dos tornillos que harán la función de terminales positivas dentro del

electrolizador. Se colocaron 4 tiras de 1/4" x 6" desde la base (parte más cercana a

los huecos para las terminales positivas) utilizando pegamento epóxico. Esto último

es para evitar que el electrodo positivo haga contacto con las paredes evitando la

producción de gas de ese lado.


C o m o cubierta superior se utilizó tapas de P V C para tubo de 3", a la cual se le

hizo un agujero de 3/8" en el centro que hará la labor de salida de hidrógeno. Por la

parte interna se pegó un acoplador de 1 15/16", de manera que el hueco quedara en el

centro y, entre éste y la tapa se hizo otro hueco de 3/8" que actuara como salida del

gas oxígeno.

A cada uno de los puertos de salida se colocaron, con pegamento epóxico, dos

conectores de 3/8" t ipo espiga cortados de manera tal que no sobresalieran por la parte

interna de la tapa y que tuvieran suficiente distancia por la parte externa para poder te-

ner distancia suficiente para hacer la conexión con la manguera evitando posibles fugas.

Figura 3.5: Tapa superior del Electrolizador

Para evitar la interacción entre el hidrógeno y el oxígeno dentro del electrolizador

se co locó un separador. Este separador fue hecho con hojas de polipropileno, material

resistente al K O H a una concentración del 2 7 % [1]. A partir de un rectángulo de

7 3 /4"x5 15/16" y utlizando el cautín para sellarlo, se formó un cilindro de 7 3/4" de

largo y con una circunferencia que se ajusta al diámetro del acoplador en el cual es

colocado.


Figura 3.6: Electrodo positivo

Para el electrodo positivo se optó por malla de acero inoxidable 304 tipo 200x200

ya que tiene buena resistencia sobre soluciones de KOH [1]. De un pedazo de 6"x9 1/2"

se formó un cilindro de 6" de largo y se insertó en el cuerpo del electrolizador, evitando

que la malla toque las paredes y, utilizando unas grapas de níquel se aseguró el

electrodo.

Con una punta de taladro se marcaron los puntos donde están las terminales

y con ayuda de un cortador se hicieron los huecos a la malla. Posteriormente se

insertaron tornillos de acero inoxidable de adentro hacia afuera del cuerpo, insertando

primero una arandela de acero inoxidable, luego la malla y por último una arandela

de hule rojo. Por la parte externa se colocó una tuerca en cada tornillo, aplicando

previamente una pequeña cantidad de silicón como sellador. Al haberse secado el

silicón se colocó otra tuerca que se ajustó hasta la primera y después dos arandelas y

otra tuerca más en cada terminal.

El electrodo negativo se formó a partir de una malla de inoxidable 304 con


dimensiones 6"x9 3/4" y una lengüeta de 3/4" de ancho en la parte inferior. Utilizando

una regla se dobló la malla para formar un paralelepípedo con base en forma de estrella

de 12 picos. La parte de la lengüeta se dobló por la mitad a lo largo y se hizo un pe-

queño doblez a lo ancho y con ayuda de un cortador se realizó el hueco para un tornillo.

Figura 3.7: Electrodo negativo

Para la tapa inferior del electrolizador, se utilizó una tapa semejante a la de la

parte superior. En este caso se realizó un hueco para tornillo 10/24 en el centro y uno

de 3/8" entre la pared de ésta y una tapa de P V C de 1" colocada en el centro, este

hueco es la entrada del electrolito. Se pegó con epóxico un conector tipo espiga cortado

de 3/8" en el hueco del extremo. A la tapa de P V C de 1" se le hizo un hueco para tor-

nillo 10/24 y en la parte interna se le pegó con silicón una arandela de acero inoxidable.

Posteriormente se pegó la tapa de 1" con silicón sobre el interior de la tapa de

3" evitando que llegará el pegamento hacia los huecos. Se insertó un tornillo en la

lengüeta del electrodo negativo y después en el agujero de la tapa de 3" haciendo que

la malla se asiente sobre la arandela colocada dentro de la tapa interna. Se colocó la

respectiva tuerca al tornillo por la parte externa y al terminar se sello la unión con


Figura 3.8: Conexiones internas del Electrolizador

pegamento silicón. Se insertó un empaque de 1" entre el electrodo y la parte interna

de la tapa de 1", para evitar que quede desalineado el electrodo negativo y llegue a

tocar el electrodo positivo.

Para pegar la tapa superior con cuerpo se untó silicón sobre el área de la tapa

y del cuerpo que harán contacto. Se insertó el separador en el acoplador de la tapa

superior, después el separador fue insertado en el electrodo negativo (en forma de

estrella) y se pegó a la parte externa de la tapa de 1". El siguiente paso fue co-

locar el cuerpo del electrolizador dentro de la tapa superior y al final en la parte inferior.

3.1.3 Sistema de distribución

En este proyecto se diseñaron unos purificadores de burbujas para la parte del

hidrógeno, si se quisiera aprovechar el oxígeno se debería contar con un sistema

de purificación semejante. Para el sistema de alimentación del electrolito y de

distribución de los gases se utilizaron mangueras de poliuretano con 3/8" y 1/2" de

3.1. Diseño y construcción 2 8

diámetro. Para el aseguramiento de las conexiones se utilizo cinta teflón para las

roscas y abrazaderas de acero inoxidable para las de tipo espiga. Para la seguridad

del sistema de purificación se utilizaron válvulas globo y válvulas check. En la fi-

gura ?? se muestra un esquema del sistema de purificación diseñado para este proyecto.

Figura 3 .9: Sistema de purificación de hidrógeno

El diseño del sistema de purificación cuenta con dos bubblers hechos de tubos de

PVC de 3" de diámetro y 12" de largo, tapas de PVC para tubos de 3", un niple

de 1/2", manguera de 1/2" de diámetro y 9" de largo, pedazos de la malla de acero

inoxidable y conectores de PVDF (kynar) de 1/2".

uperior se hicieron dos huecos uno de 3/8" y el otro de 1/2", uno opuesto al otro. Con

pegamento epóxico se unieron en el hueco de 3/8" un conector espiga cortado, y en el

de 1/2" un conector espiga-rosca, de forma tal que la conexión espiga quedará hacia

la parte externa de la tapa. Por la parte interna se pegó un extremo de un pedazo de

manguera de ~ 9" que en el extremo opuesto con una unión de la mitad del nipple

que tenía, a su vez, pegado un pedazo de malla de acero inoxidable. La malla en el

extremo de la manguera sirve para cortar el gas y provocar pequeñas burbujas para

que al pasar por el líquido contenido dentro del bubbler, éste absorba las impurezas


como partículas de polvo, KOH, entre otros.

Figura 3.10: Tapa superior del purificador

En la tapa inferior solo se realizó un hueco central de 1/2" y se pegó un conector

de espiga cortado. Para ensamblar los bubbler fue necesario untar en la parte externa

del tubo y la parte interna de cada tapa una capa de silicón, asegurando que quede la

unión bien sellada y la manguera no quede doblada o mal colocada de forma que evite

el paso del gas.

El alimentador de agua fue hecho con un vaso de yogurt comercial (1 kg), en la

base se realizó un agujero de 1/2" y se pego un conector cortado tipo espiga. En la

parte externa se unió el extremo de una manguera de 6' de largo asegurándola con

una abrazadera y el otro extremos en la tapa inferior del electrolizador. En el puerto

de salida del oxígeno del electrolizador se conectaron 7' de manguera de 3/8" y en la

salida del hidrógeno alrededor de 14' de manguera de la misma medida.

Al término de este tramo de manguera se realizó una conexión 3/8" — 1/2" que

precede a dos válvulas esfera de 1/2" que sirven para abrir y cerrar el sistema de

purificación y / o simplemente dejar escapar el gas hidrógeno. Al final de una válvula


Figura 3.11: Electrolizador conectado al sistema de purificación

esfera se conecta a la entrada del primer purificador con manguera de 1/2". Los

purificadores están interconectados por una manguera de 3/8" .

Figura 3.12: Purificador armado

Cada purificador tiene en la parte inferior una válvula esfera de 1/2" conectada

por medio de un trozo de manguera de la misma medida, las válvulas sirven para

realizar los cambios de líquido purificador, para este proyecto se utilizó agua destilada.


A la salida de los dos purificadores se conectó otro sistema de válvulas que pueden

llevar al gas hacia un sistema de distribución y /o almacenamiento, ya sea un tanque

presurizado o a una alimentación directa de un combustor o celda de combustible.

Como el objetivo principal de este proyecto es el análisis de las condiciones de

producción de hidrógeno vía electrólisis, el gas se deja escapar después de pasar por

una válvula check que funciona para prevenir posibles propagaciones de ñama hacia

el interior del sistema.

3.2 Arranque y puesta en marcha

A l ya tener listo el sistema sólo quedaba el prepararlo para su inicio de funciones.

Para esto fue necesario primero hacer una prueba con agua al electrolizador para

encontrar posibles fugas. Esta prueba constó de llenar el electrolizador con agua y

revisar todas las uniones con pegamento para ver si existían filtraciones del líquido. En

esta ocasión no se presentaron por lo que se paso a revisar los purificadores. A l término

de esta revisión y limpieza de estos dispositivos se pasó a llenar los purificadores hasta

tres cuartas partes con agua destilada.

Posteriormente se paso a preparar la solución alcalina que estará dentro del

electrolizador. Se consiguió hidróxido de potasio en escamas, por lo que fue necesario

agregar agua destilada para tener la solución. Se tomaron 500gr de KOH y se

agregaron a un recipiente que contenía 52oz de agua destilada, que de acuerdo a la

porcentaje de masa = masa de un componente de la solución

(3.1) masa total de la solución


ecuación 3.1 da como resultado una solución de KOH al 24.53%. Está solución se

hace más concentrada conforme se vaya consumiendo el agua como combustible del

proceso de electrólisis, el alimentador del electrolito debe estar bajo supervisión para

que cuando pase del 30% aproximadamente se pueda agregar más agua destilada

para regresar a una solución cercana al 27 %, debido a que este es el punto de mayor

conductividad de esta solución.

De nuevo se llevó a cabo una prueba de fugas en el electrolizador, pero esta vez con

la solución electrolítica. También se aprovechó para evaluar las conexiones entre las

mangueras y los conectores para evitar fugas de líquido, ya que el KOH es corrosivo,

aunque en estos niveles de concentración no es muy agresivo.

A l tener cero fugas en el sistema de distribución y en el electrolizador mismo, se

vació el sistema y paso a colocarse con ayuda de sujetadores plásticos sobre un panel

de madera. Los dispositivos, válvulas y mangueras de conexión se distribuyeron de

forma tal para evitar en lo posible dobleces en las manqueras que pudieran impedir el

libre paso del hidrógeno por el sistema. A l terminar de colocar todos los dispositivos

en el panel de madera, se pasó a llenar el electrolizador con la solución de KOH desde

el alimentador. Posteriormente se colocó el alimentador a una altura de 6' evitando

que su altura sea superior a la de los tubos de salida del oxígeno e hidrógeno, para

evitar escurrimientos de la solución hacia los purificadores.

Ya listo el sistema de producción de hidrógeno se conectaron los cables de

alimentación de los paneles fotovoltaicos en las terminales del electrolizador. El cable

negro (negativo) se conecto a la terminal negativa que está en la parte inferior del

electrolizador y el cable rojo (positivo) se coüecto en las dos terminales al costado del

electrolizador.


3 . 3 Teoría y experimentos

En esta sección se expondrán las ecuaciones utilizadas para llevar el cálculo de

producción de hidrógeno tanto teórico como su aplicación en este sistema. En el

apéndice A se muestra el balance de energía del electrolizador y en la figura ? ? .

C o m o datos iniciales son necesarios la corriente y voltaje de entrada al electroliza-

dor y la temperatura de los gases de salida. Para los primeros dos datos fue necesario

el uso de un multímetro que midiera las condiciones de este sistema que son 20A y AV.

Para saber la temperatura de los gases de salida se realizaron varios procedimientos,

el primero fue colocar un termopar en la pared externa del electrolizador para calcu-

lar la temperatura de operación del electrolizador y asumir que la temperatura de la

solución es la temperatura de salida de los gases. En este procedimiento es necesario

conocer la temperatura ambiente para poder realizar los cálculos necesarios y obtener


la temperatura de operación. El segundo procedimiento, que fue más sencillo, fue co-

locar un termómetro con adaptación para conectarse a tuberías de 1/2" del lado de la

tubería de hidrógeno y se asumió que la temperatura es igual para el gas oxígeno.

Figura 3.14: Electrolizador y sus conexiones dentro del sistema de producción de hidrógeno

P V

P

m =

n RT

P.M. P

RT

P Volreal

(3.2)

(3.3)

(3.4)

Para obtener el cálculo del volumen teórico (3.5, donde P es la presión del electroli-

zador, T la Temperatura y R la constante del gas ideal) de producción de hidrógeno se

utiliza el dato de corriente y temperatura de los gases de salida y utilizando la ecuación

del gas ideal se obtiene dicho valor.

VolTeo

VolReal

i t RT, gas 2 F P

(1 /4) • D2 • A L

(3.5)

(3.6)


Para el cálculo del volumen real (3.6, donde AL es la diferencia de alturas y D el

diámetro de la manguera) de producción se marco una regla sobre la manguera de la

salida del hidrógeno, para medir las alturas inicial y final en cierto lapso y así, con la

medida del diámetro de la manguera obtener el valor buscado. El procedimiento que

se realizó para obtener las lecturas de todos los datos de entrada fue el siguiente:

• Con la llave de paso, que conecta la salida del hidrógeno con el sistema de purifica-

ción, cerrada se mide la altura inicial del electrolito en el conducto del hidrógeno.

• Se miden los valores de corriente y voltaje en el electrolizador y la temperatura

ambiente.

• Después de 5 minutos se mide la altura final.

• Se abre la llave de paso y se mide la temperatura de salida del hidrógeno.

Para el cálculo de las eficiencias/rendimientos de cada parte del sistema se presentan

las siguientes ecuaciones:

r)PFteo = (3.7) * teo I V

VPFreal = p — (3.8) -'rea/ Volreai Volteo

Velecteo = (3.10) Velec

Vterm / o i i \ Velecreal = -rz (3.11)

''real

Donde PF es panel fotovoltaico, / es la corriente y V es el voltaje que producen los

paneles y alimentan al electrolizador, Vol son los volúmenes real y teóricos producidos

por el dispositivo.

AG = AH — T0AS (3.12)


En las ecuaciones 3.10 y 3.11 se anotan tres tipo de voltaje, el voltaje eléctrico (Veiec)

se refiere al voltaje que se obtiene por medio de la ecuación 3.13, que resulta de la

ecuación 3.12.

AC Velec = — (3.13)

Vterm = ^ (3.14) n b

El voltaje térmico {Vterm) se refiere al voltaje que se obtiene por medio de la ecuación

3.14, que ocurre cuando el proceso de electrólisis no intercambia calor con los alrededo-

res. El voltaje real (Vreai) se refiere al voltaje que se obtiene de los paneles fotovoltaicos.

Para condiciones estándar (1 atm y 25°C) los valores de Veiec, Vterm son 1.229 V,

1.47 V respectivamente. Además, conforme la temperatura de operación del electroli-

zador varía también el voltaje eléctrico necesario para llevar a cabo la electrólisis.

Para, encontrar la eficiencia del sistema se utilizaron las ecuaciones siguientes:

motteo = VPFteor]Elec (3.15)

VTotreal = VPFreal VElec (3-16)

En el Apéndice B se encuentran tabulados los datos de Insolación [W/m2], estos datos

fueron obtenidos y prestados por el Grupo de Geotermia de baja temperatura ubicado

en los Campos Escamilla del Instituto. Estos datos de insolación fueron promedia-

dos para el intervalo de tiempo ocupado en las mediciones del sistema (cada 5 minutos).


Las mediciones se llevaron a cabo entre las 11 : 30am y las 3 : 30pm que en tiempo

real solar serían entre las 10 : 30am y las 2 : 30pm aproximadamente, considerándose

este lapso como el de mayor insolación teórica.

Algunas de las suposiciones para los cálculos realizados en este proyecto fueron:

• Los datos de entrada: voltaje, corriente, temperatura ambiente y temperatura

de salida del hidrógeno (V, I, Tamb y Tgas) se mantienen constantes durante el

intervalo de medición.

• Los datos de insolación real se consideraron constantes durante el intervalo de

medición.

• La temperatura de los reactivos (Agua + electrolito) es igual a la temperatura

ambiente ( T a m 6 ) .

• La temperatura de los productos (hidrógeno y oxígeno) es igual a la temperatura

de salida del hidrógeno (Tgas).

• La temperatura del electrolizador es igual a la temperatura de salida del hidrógeno

{Tgas)-

Capítulo 4

Resultados

En este capítulo se presentan los datos obtenidos durante algunos días de los meses

de Julio y Agosto del 2007. De acuerdo al Capítulo 3, sección 3.3 con los datos de

corriente (I) y voltaje (V) medidos a la entrada del electrolizador y con los datos de

insolación teóricos y reales [8] se obtuvieron los siguientes resultados durante el mes de

Julio del 2007.

Tabla 4 .1 : Mediciones de voltaje y corriente alimentados al electrolizador, energía solar disponible y la energía solar teórica (20 Jul 2007)

Hora l[A) V[V] Energía Solar Disp [ W] Energía Solar Teo[ W]

13:05 12.74 3.13 297.290 559.570

13:10 12.72 3.19 428.593 562.242

13:15 11.08 3.15 516.128 564.579

13:20 12.86 3.23 491.199 566.580

13:25 10.88 3.13 391.483 568.245

13:30 14.60 3.11 391.483 569.571

13:35 13.97 3.02 592.360 570.558

13:40 14.11 3.07 642.579 571.204

13:45 9.70 3.00 619.096 571.511

38

Tabla 4 . 1 : (continúa...)

Hora 1[A] V[V] Energía Solar Disp [ W] Energía Solar Teo[ W]

13:50 7.53 3.03 583.870 571.477

13:55 8.70 3.12 583.870 571.102

14:00 8.90 3.16 272.128 570.387

14:05 8.88 3.18 272.128 569.333

14:10 13.48 3.20 291.251 567.939

14:15 14.00 3.16 303.999 566.207

14:20 12.66 3.13 329.380 564.138

14:25 11.82 3.12 430.902 561.734

14:30 10.42 3.09 430.902 558.996

14:35 7.73 3.10 388.941 555.926

14:40 8.18 3.09 378.451 552.527

14:45 8.02 3.13 360.373 548.800

14:50 8.73 3.16 288.064 544.749

14:55 8.74 3.18 288.064 540.376

15:00 8.87 3.20 264.322 535.685

15:05 9.42 3.18 264.322 530.678

15:10 8.15 3.18 350.180 525.360

15:15 9.00 3.18 407.419 519.734

15:20 9.48 3.17 390.902 513.805

15:25 12.93 3.16 324.838 507.577

15:30 13.60 3.08 324.838 501.054

15:35 13.36 3.06 508.322 494.242

15:40 12.00 3.06 554.192 487.146

15:45 8.69 3.02 535.483 479.771

Tabla 4 .1 : (continúa...)

Hora Í[A] V[V] Energía Solar Disp [W] Energía Solar Teo[W]

15:50 5.65 2.95 460.644 472.122

15:55 6.50 3.03 460.644 464.207

16:00 6.27 2.97 229.032 456.031

16:05 5.40 2.94 229.032 447.600

16:10 5.90 2.94 195.432 438.923

16:15 4.30 2.74 173.032 430.005

16:20 5.34 2.85 162.838 420.854

16:25 4.66 2.72 122.064 411.479

16:30 5.19 2.78 122.064 401.886

16:35 5.37 2.86 112.051 392.086

16:40 6.09 3.03 109.548 382.086

16:45 6.87 3.08 119.251 371.896

16:50 5.75 2.97 158.064 361.525

16:55 5.52 2.89 158.064 350.983

17:00 6.90 3.13 151.161 340.281

17:05 7.53 3.10 151.161 329.429

17:10 10.47 3.35 196.877 318.438

17:15 4.70 2.67 227.354 307.322

17:20 4.46 2.67 221.354 296.090

17:25 5.52 2.85 197.354 284.757

17:30 9.90 3.30 197.354 273.335

Tabla 4 .2 : Cálculos y resultados de volúmenes y eficiencias eléctrica, fotovoltaica del sistema (20 Jul 2007)

Hora Volumen Teo[m/] Ef Elec[ %\ Ef PF[ %} Ef Sist[ %]

13:05 421.371 13.41 39.30 5.27

13:10 420.710 9.47 38.56 3.65

13:15 366.467 6.76 39.05 2.64

13:20 425.340 8.46 38.08 3.22

13:25 359.852 8.70 39.30 3.42

13:30 482.890 11.60 39.55 4.59

13:35 462.053 7.12 40.73 2.90

13:40 466.684 6.74 40.07 2.70

13:45 321.876 4.70 41.00 1.93

13:50 249.868 3.91 40.59 1.59

13:55 289.636 4.65 39.42 1.83

14:00 297.259 10.33 38.92 4.02

14:05 297.553 10.38 38.68 4.01

14:10 453.152 14.81 38.44 5.69

14:15 467.598 14.55 38.92 5.66

14:20 422.842 12.03 39.30 4.73

14:25 394.786 8.56 39.42 3.37

14:30 348.026 7.47 39.81 2.97

14:35 258.181 6.16 39.68 2.44

14:40 273.211 6.68 39.81 2.66

14:45 268.736 6.97 39.30 2.74

14:50 292.527 9.58 38.92 3.73

14:55 292.862 9.65 38.68 3.73

Tabla 4.2: (continúa...)

Hora Volumen Teo[m¿] Ef Elec[ %] Ef PF[ %] Ef Sist[ %]

15:00 297.218 10.74 38.44 4.13

15:05 315.648 11.33 38.68 4.38

15:10 273.092 7.40 38.68 2.86

15:15 301.574 7.02 38.68 2.72

15:20 318.686 7.69 38.80 2.98

15:25 434.663 12.58 38.92 4.90

15:30 457.186 12.90 39.94 5.15

15:35 446.222 8.04 40.20 3.23

15:40 400.798 6.63 40.20 2.66

15:45 291.187 4.90 40.73 2.00

15:50 188.709 3.62 41.69 1.51

15:55 217.099 4.28 40.59 1.74

16:00 209.417 8.13 41.41 3.37

16:05 180.359 6.93 41.84 2.90

16:10 197.059 8.88 41.84 3.71

16:15 144.085 6.81 44.89 3.06

16:20 178.934 9.35 43.16 4.03

16:25 156.148 10.38 45.22 4.70

16:30 173.908 11.82 44.24 5.23

16:35 179.939 13.71 43.01 5.89

16:40 204.065 16.84 40.59 6.84

16:45 230.202 17.74 39.94 7.09

16:50 192.672 10.80 41.41 4.47

16:55 184.367 10.09 42.56 4.30


Hora Volumen Teo[m/] Ef Elec[ %) Ef PF[ %) Ef Sist[ %\

17:00 230.459 14.29 39.30 5.61

17:05 252.317 15.44 39.68 6.13

17:10 349.696 17.82 36.72 6.54

17:15 156.470 5.52 46.07 2.54

17:20 148.480 5.38 46.07 2.48

17:25 184.367 7.97 43.16 3.44

17:30 331.731 16.55 37.27 6.17

Tabla 4 .3: Mediciones de voltaje y corriente alimentados al electrolizador, energía solar disponible y la energía solar teórica (21 Jul 2007)

Hora \[A] V[V] Energía Solar Disp [ W] Energía Solar Teo{W]

14:10 3.65 2.66 152.851 568.717

14:15 4.52 2.69 143.096 566.982

14:20 4.63 2.85 140.555 564.910

14:25 5.62 2.95 130.387 562.501

14:30 5.96 3.05 130.387 559.758

14:35 5.99 3.11 146.800 556.683

14:40 6.38 3.11 150.903 553.278

14:45 5.95 3.10 156.632 549.545

14:50 6.12 3.05 165.225 545.486

14:55 6.29 3.09 100.709 541.106

15:00 6.17 3.05 147.742 536.406

15:05 4.99 3.00 147.742 531.391


Hora l[A) V[V] Energía Solar Disp [W] Energía Solar Teo[ W]

15:10 6.14 3.03 150.800 526.064

15:15 6.45 3.04 152.838 520.428

15:20 6.62 3.13 152.980 514.489

15:25 6.47 3.10 153.548 508.250

15:30 6.92 3.15 153.548 501.716

15:35 6.30 3.13 170.219 494.892

15:40 6.77 3.14 174.387 487.783

15:45 6.59 3.07 180.219 480.395

15:50 6.25 3.12 188.967 472.733

15:55 6.82 3.13 188.967 464.804

16:00 6.86 3.17 182.967 456.613

16:05 7.03 3.16 182.967 448.168

16:10 7.16 3.17 192.916 439.475

16:15 6.90 3.07 199.548 430.541

16:20 6.30 3.06 196.413 421.375

16:25 6.74 3.03 183.871 411.983

16:30 6.25 3.04 183.871 402.373

16:35 6.35 3.01 175.200 392.556

16:40 6.37 3.02 173.032 382.538

16:45 6.12 3.02 171.174 372.330

16:50 5.09 2.83 168.387 361.941

16:55 5.00 2.83 168.387 351.380

17:00 4.60 2.78 140.258 340.659

Tabla 4 .4 : Cálculos y resultados de volúmenes y eficiencias eléctrica, fotovoltaica del sistema (21 Jul 2007)

Hora Volumen Teo[m/] Ef Elec[ %] Ef PF[ 96} Ef Sist[ %]

14:10 119.140 6.35 55.50 3.53

14:15 147.538 8.50 54.89 4.66

14:20 151.128 9.39 51.80 4.86

14:25 183.443 12.72 50.05 6.36

14:30 194.541 13.94 48.41 6.75

14:35 196.170 12.69 47.44 6.02

14:40 208.942 13.15 47.44 6.24

14:45 194.860 11.78 47.59 5.60

14:50 200.427 11.30 48.37 5.46

14:55 205.994 19.30 47.74 9.21

15:00 202.733 12.74 48.34 6.16

15:05 163.961 10.13 49.14 4.98

15:10 201.748 12.34 48.65 6.00

15:15 211.933 12.83 48.49 6.22

15:20 218.237 13.54 47.06 6.37

15:25 213.292 13.06 47.52 6.21

15:30 228.127 14.20 46.77 6.64

15:35 207.688 11.58 47.06 5.45

15:40 223.916 12.19 46.88 5.71

15:45 217.962 11.23 47.95 5.38

15:50 206.717 10.32 47.18 4.87

15:55 225.569 11.30 47.03 5.31

16:00 226.892 11.89 46.44 5.52

Tabla 4 .4: (continúa...)

Hora Volumen Teo[mi] Ef Elec[ %) Ef PF[ %} Ef Sist[ %)

16:05 232.515 12.14 46.58 5.66

16:10 236.815 11.77 46.44 5.46

16:15 228.215 10.62 47.95 5.09

16:20 209.053 9.82 48.07 4.72

16:25 223.654 11.11 48.55 5.39

16:30 207.394 10.33 48.39 5.00

16:35 210.712 10.91 48.87 5.33

16:40 211.376 11.12 48.71 5.42

16:45 203.080 10.80 48.71 5.26

16:50 168.902 8.55 51.98 4.45

16:55 165.915 8.40 51.98 4.37

17:00 152.642 9.12 52.91 4.82



12:30 10.48 3.20 338.903 532.499

12:35 9.86 3.16 357.380 537.500

12:40 10.72 3.20 361.999 542.185

12:45 10.47 3.18 371.186 546.550

12:50 11.17 3.19 384.967 550.591

12:55 11.25 3.14 384.967 554.307

13:00 11.04 3.08 454.193 557.694


Hora l[A] vm Energía Solar Disp [ W] Energía Solar Teo[ W]

13:05 11.90 3.14 454.193 560.751

13:10 10.92 3.12 449.315 563.474

13:15 11.03 3.07 446.064 565.862

13:20 11.27 3.06 467.431 567.913

13:25 11.04 3.02 552.902 569.626

13:30 9.23 3.02 552.902 571.000

13:35 10.92 2.99 508.515 572.034

13:40 10.46 3.03 497.418 572.726

13:45 11.02 3.00 487.096 573.077

13:50 11.35 2.96 471.612 573.086

13:55 10.91 2.83 471.612 572.753

14:00 10.73 2.94 570.967 572.079

14:05 10.44 2.93 570.967 571.064

14:10 11.07 3.10 581.418 569.708

14:15 11.56 3.04 588.386 568.013

14:20 11.28 2.97 584.515 565.980

14:25 11.03 2.96 569.031 563.610

14:30 11.02 2.97 569.031 560.904

14:35 • . 10.93 2.95 588.128 557.866

14:40 10.37 2.94 592.902 554.496

14:45 10.88 2.93 582.063 550.798

14:50 11.15 2.97 565.805 546.773

14:55 10.91 2.97 565.805 542.426

15:00 10.51 3.02 566.450 537.758


Hora J[A] V[V] Energía Solar Disp [ W] Energía Solar Teo[ W]

15:05 10.42 2.99 566.450 532.774

15:10 10.33 3.00 530.451 527.476

15:15 11.72 2.99 506.451 521.869

15:20 11.25 2.97 525.289 515.958

15:25 9.29 2.72 600.644 509.745

15:30 11.09 2.82 600.644 503.237

15:35 6.78 2.63 598.063 496.437

15:40 3.50 2.36 597.418 489.351

15:45 4.65 2.34 407.612 481.985

15:50 4.77 2.65 122.903 474.344

15:55 4.30 2.50 122.903 466.434

16:00 3.20 2.34 107.806 458.261

16:05 3.22 2.27 107.806 449.833

16:10 3.25 2.32 81.058 441.155

16:15 3.27 2.25 63.226 432.236

16:20 3.68 2.40 61.819 423.082

16:25 3.57 2.40 56.193 413.701

16:30 3.70 2.46 56.193 404.101

16:35 4.49 2.64 74.826 394.292

16:40 6.04 2.88 79.484 384.281

16:45 5.65 2.85 109.084 374.078

16:50 7.07 2.85 153.484 363.693

16:55 6.92 2.94 153.484 353.135

17:00 10.25 3.02 205.742 342.414

49

Tabla 4.6: Cálculos y resultados de volúmenes y eficiencias volumétrica, eléctrica, fotovoltaica y del sistema (22 Jul 2007)

Hora Volumen Teo[m/] Ef Elec[ %) Ef PF[ %\ Ef Sist[ %}

12:30 342.079 9.90 45.67 4.52

12:35 321.841 8.72 46.88 4.09

12:40 351.075 9.48 46.29 4.39

12:45 342.887 8.97 46.58 4.18

12:50 365.812 9.26 46.44 4.30

12:55 368.432 9.18 47.18 4.33

13:00 362.751 7.49 48.10 3.60

13:05 391.009 8.23 47.18 3.88

13:10 359.992 7.58 47.48 3.60

13:15 363.618 7.59 48.26 3.66

13:20 371.530 7.38 48.41 3.57

13:25 365.144 6.03 49.06 2.96

13:30 305.279 5.04 49.06 2.47

13:35 361.175 6.42 49.55 3.18

13:40 344.827 6.37 48.89 3.12

13:45 364.483 6.79 49.38 3.35

13:50 376.628 7.12 50.05 3.57

13:55 363.210 6.55 52.35 3.43

14:00 358.380 5.53 50.40 2.78

14:05 348.694 5.36 50.57 2.71

14:10 368.536 5.90 47.79 2.82

14:15 386.102 5.97 48.74 2.91

14:20 376.750 5.73 49.89 2.86


Hora Volumen Teo[ríiZ] Ef Elec[ %] Ef PF[ %] Ef Sist[ %}

14:25 368.400 5.74 50.06 2.87

14:30 368.066 5.75 49.89 2.87

14:35 366.245 5.48 50.23 2.75

14:40 346.356 5.14 50.40 2.59

14:45 364.570 5.48 50.57 2.77

14:50 373.617 5.85 49.89 2.92

14:55 365.575 5.73 49.89 2.86

15:00 352.171 5.60 49.06 2.75

15:05 349.156 5.50 49.56 2.73

15:10 347.260 5.84 49.39 2.89

15:15 392.716 6.92 49.56 3.43

15:20 378.187 6.36 49.89 3.17

15:25 312.298 4.21 54.48 2.29

15:30 372.808 5.21 52.54 2.74

15:35 227.921 2.98 56.34 1.68

15:40 116.520 1.38 62.78 0.87

15:45 154.805 2.67 63.32 1.69

15:50 158.800 10.28 55.91 5.75

15:55 143.153 • » 8.75 59.26 5.18

16:00 106.186 6.95 63.31 4.40

16:05 106.849 6.78 65.27 4.43

16:10 107.493 9.30 63.86 5.94

16:15 108.154 11.64 65.84 7.66

16:20 121.715 14.29 61.73 8.82


Hora Volumen Teo[mZ] Ef Elec[ %] Ef PF[%] Ef Sist[ %)

16:25 118.077 15.25 61.73 9.41

16:30 122.376 16.20 60.22 9.75

16:35 148.505 15.84 56.12 8.89

16:40 200.426 21.89 51.44 11.26

16:45 187.484 14.76 51.98 7.67

16:50 234.604 13.13 51.98 6.82

16:55 229.627 13.26 50.39 6.68

17:00 340.126 15.05 49.06 7.38

17:05 398.499 16.58 51.99 8.62

17:10 340.458 10.86 45.31 4.92

17:15 302.630 6.54 54.67 3.58

17:20 245.691 5.61 53.49 3.00

17:25 396.834 12.26 46.30 5.68

17:30 398.166 11.88 47.95 5.70

Tabla 4.7: Mediciones de voltaje y corriente alimentados al electrolizador, energía solar disponible y la energía solar teórica (23 Jul 2007)

Hora l[A] V[V] Energía Solar Disp [ W] Energía Solar Teo[ W]

11:30 10.74 3.14 451.031 449.968

11:35 12.44 3.11 435.857 458.426

11:40 11.78 3.18 432.064 466.627

11:45 11.61 3.11 397.251 474.566

11:50 11.84 3.12 345.032 482.235


Hora l[A] V[V] Energía Solar Disp [ W] Energía Solar Teo[W]

11:55 12.17 3.11 345.032 489.630

12:00 12.59 3.08 535.483 496.744

12:05 12.02 3.06 535.483 503.571

12:10 12.10 3.04 558.709 510.107

12:15 11.45 3.03 574.192 516.347

12:20 11.00 2.97 576.257 522.286

12:25 12.85 3.00 584.515 527.919

12:30 12.14 3.07 584.515 533.243

12:35 12.67 3.08 565.934 538.254

12:40 12.80 3.05 561.289 542.947

12:45 12.74 3.05 575.741 547.320

12:50 5.62 2.70 597.418 551.369

12:55 13.58 3.23 597.418 555.091

13:00 6.24 2.84 538.063 558.485

13:05 11.03 3.05 538.063 561.546

13:10 12.06 3.23 549.289 564.275

13:15 10.96 3.00 556.773 566.667

13:20 6.06 2.88 541.418 568.722

13:25 6.26 2.88 479.999 570.438

13:30 7.82 2.85 479.999 571.815

13:35 6.86 2.49 421.573 572.850

13:40 7.59 2.86 406.967 573.544

13:45 6.87 2.82 337.625 573.895

13:50 5.64 2.82 233.612 573.904



13:55 10.51 3.18 233.612 573.571

14:00 7.30 2.94 307.354 572.896

14:05 10.75 3.06 307.354 571.878

14:10 10.36 3.05 279.909 570.520

14:15 6.05 2.86 261.612 568.822

14:20 7.68 3.08 269.032 566.785

14:25 10.27 3.03 298.709 564.411

14:30 10.10 2.97 298.709 561.700

14:35 6.03 2.94 409.935 558.656

14:40 10.18 2.92 437.741 555.281

14:45 6.04 2.84 336.270 551.575

14:50 6.24 2.83 184.064 547.544

14:55 5.85 2.63 184.064 543.188

15:00 11.36 3.04 157.806 538.512

15:05 7.02 2.83 157.806 533.518

15:10 11.48 3.15 202.206 528.211

15:15 9.73 3.12 231.806 522.594

15:20 6.92 2.72 259.406 516.672

15:25 12.16 3.11 369.806 51&448

15:30 5.46 2.86 369.806 503.927

54

Tabla 4 .8: Cálculos y resultados de volúmenes y eficiencias volumétrica, eléctrica, fotovoltaica y del sistema (23 Jul 2007)

Hora Volumen Prod[mZ] Volumen Teo[wiZ] Ef Vol[ %] Ef Elec[ %] Ef PF[%] Ef Sist[ %}

11:30 99.758 348.237 7.48 28.65 46.40 3.47

11:35 94.770 403.359 8.88 23.50 47.59 4.22

11:40 101.183 383.236 8.67 26.40 46.54 4.04

11:45 86.932 377.705 9.09 23.02 47.59 4.33

11:50 84.082 386.471 10.71 21.76 47.44 5.08

11:55 99.758 397.242 10.97 25.11 47.59 5.22

12:00 89.070 412.316 7.24 21.60 48.05 3.48

12:05 92.632 393.649 6.87 23.53 48.37 3.32

12:10 94.058 396.269 6.58 23.74 48.68 3.21

12:15 94.058 376.223 6.04 25.00 48.84 2.95

12:20 91.920 361.437 5.67 25.43 49.83 2.83

12:25 95.483 422.224 6.60 22.61 49.33 3.25

12:30 95.483 398.895 6.38 23.94 48.21 3.07

12:35 101.183 417.683 6.90 24.22 48.05 3.31

12:40 90.495 421.968 6.96 21.45 48.52 3.38

12:45 90.495 419.991 6.75 21.55 48.52 3.27

12:50 78.381 185.271 2.54 42.31 54.81 1.39

12:55 99.045 449.154 7.34 22.05 45.82 3.36

13:00 94.770 206.386 3.29 45.92 52.11 1.72

13:05 88.357 364.814 6.25 24.22 48.52 3.03

13:10 96.908 398.881 7.09 24.29 45.82 3.25

13:15 81.232 362.498 5.91 22.41 49.33 2.91

13:20 84.794 200.433 3.22 42.31 51.39 1.66

55


Hora Volumen Prod[m¿] Volumen Teo[m/] Ef Vol[ %\ Ef Elec[ %) Ef PF[ %} Ef Sist[ %)

13:25 74.106 207.047 3.76 35.79 51.39 1.93

13:30 89.070 258.644 4.64 34.44 51.93 2.41

13:35 80.519 227.636 4.05 35.37 59.44 2.41

13:40 78.381 251.859 5.33 31.12 51.75 2.76

13:45 83.369 227.968 5.74 36.57 52.48 3.01

13:50 83.369 187.764 6.81 44.40 52.48 3.57

13:55 89.782 351.032 14.31 25.58 46.54 6.66

14:00 89.782 243.028 6.98 36.94 50.34 3.52

14:05 100.471 359.048 10.70 27.98 48.37 5.18

14:10 97.620 344.899 11.29 28.30 48.52 5.48

14:15 83.369 201.413 6.61 41.39 51.75 3.42

14:20 88.357 255.678 8.79 34.56 48.05 4.22

14:25 96.908 341.903 10.42 28.34 48.84 5.09

14:30 84.794 336.244 10.04 25.22 49.83 5.00

14:35 84.082 200.094 4.32 42.02 50.34 2.18

14:40 81.944 337.804 6.79 24.26 50.68 3.44

14:45 84.082 200.426 5.10 41.95 52.11 2.66

14:50 80.519 207.739 9.59 38.76 52.30 5.02

14:55 77.669 194.755 8.36 39.88 56.27 •4,70

15:00 87.645 380.653 21.88 23.02 48.68 10.65

15:05 76.244 233.706 12.59 32.62 52.30 6.58

15:10 106.884 379.697 17.88 28.15 46.98 8.40

15:15 87.645 323.926 13.10 27.06 47.44 6.21

15:20 89.070 228.877 7.26 38.92 54.41 3.95

56


Hora Volumen Prod [mi] Volumen Teo[mZ] Ef Vol[ %] Ef Elec[ %} Ef PF[ %} Ef Sist[ %)

15:25 93.345 400.870 10.23 23.29 47.59 4.87

15:30 91.207 180.588 4.22 50.51 51.75 2.19

Tabla 4.9: Mediciones de voltaje y corriente alimentados al electrolizador, energía solar disponible y la energía solar teórica (24 Jul 2007)


11:10 10.31 3.12 427.109 414.253

11:15 11.08 3.14 443.548 423.681

11:20 10.78 3.12 447.741 432.881

11:25 11.01 3.13 464.515 441.847

11:30 11.46 3.11 464.515 450.570

11:35 10.75 3.12 485.160 459.043

11:40 11.23 3.08 490.322 467.260

11:45 11.63 3.09 484.386 475.214

11:50 11.24 3.06 475.483 482.898

11:55 11.26 3.07 475.483 490.306

12:00 11.54 3.06 510.322 497.433

12:05 11.69 3.08 510.322 504.274

12:10 11.45 3.04 520.386 510.822

12:15 11.88 3.04 527.096 517.074

12:20 11.35 3.08 528.128 523.024

12:25 il .91 3.08 532.257 528.667

12:30 11.85 3.05 532.257 534.001



12:35 12.07 3.07 537.934 539.021

12:40 12.24 3.04 539.354 543.723

12:45 12.15 3.05 546.838 548.104

12:50 12.98 3.03 558.063 552.160

12:55 11.80 3.05 558.063 555.890

13:00 12.38 3.04 567.741 559.290

13:05 12.14 3.04 567.741 562.357

13:10 12.68 3.03 573.547 565.090

13:15 12.32 3.02 577.418 567.487

13:20 12.71 2.98 580.644 569.546

13:25 12.73 3.00 593.547 571.266

13:30 12.19 2.99 593.547 572.644

13:35 12.11 3.04 594.579 573.682

13:40 12.16 2.98 594.838 574.377

13:45 12.19 3.00 595.612 574.729

13:50 12.16 2.98 596.773 574.738

13:55 11.80 2.97 596.773 574.404

14:00 12.36 2.99 596.773 573.727

14:05 12.09 3.00 596.773 572.708

14:10 12.07 2.97 594.063 571.348

14:15 11.85 2.98 592.257 569.646

14:20 10.92 2.96 592.386 567.606

14:25 11.31 2.98 592.902 565.227

14:30 10.90 2.93 592.902 562.511

58


Hora 1[A) V[V] Energía Solar Disp [ W] Energía Solar Teo[W]

14:35 11.04 2.96 498.451 559.462

14:40 11.18 2.95 474.838 556.080

14:45 10.91 2.96 557.031 552.368

14:50 10.14 2.97 636.773 548.328

14:55 11.32 2.95 636.773 543.965

15:00 11.16 2.94 612.902 539.280

15:05 11.59 2.96 612.902 534.277

15:10 10.30 2.96 597.031 528.960


Hora Volumen Prod[mi] Volumen Teo[mZ] Ef Vol[ %) Ef Elec[ %} Ef PF[%] Ef Sist[ %)

11:10 84.794 335.412 7.53 25.28 46.70 3.52

11:15 95.483 361.664 7.84 26.40 47.13 3.70

11:20 96.195 351.871 7.51 27.34 47.44 3.56

11:25 96.195 359.379 7.42 26.77 47.28 3.51

11:30 96.195 375.309 7.67 25.63 47.59 3.65

11:35 95.483 352.057 6.91 27.12 47.44 3.28

11:40 96.195 367.777 7.05 26.16 48.05 3.39

11:45 91.920 382.137 7.42 24.05 47.90 3.55

11:50 91.920 369.323 7.23 24.89 48.37 3.50

11:55 93.345 369.980 7.27 25.23 48.21 3.50

12:00 92.632 379.180 6.92 24.43 48.37 3.35

59


Hora Volumen Prod[mZ] Volumen Teo[m/] Ef Vol[%] Ef Elec[ %) Ef PF[%] Ef Sist[ %)

12:05 96.908 385.376 7.06 25.15 48.05 3.39

12:10 93.345 377.464 6.69 24.73 48.68 3.26

12:15 94.770 391.639 6.85 24.20 48.68 3.34

12:20 93.345 374.167 6.62 24.95 48.05 3.18

12:25 96.908 392.628 6.89 24.68 48.05 3.31

12:30 95.483 390.651 6.79 24.44 48.52 3.30

12:35 94.058 397.903 6.89 23.64 48.21 3.32

12:40 93.345 404.834 6.90 23.06 48.68 3.36

12:45 96.195 401.857 6.78 23.94 48.52 3.29

12:50 94.770 429.309 7.05 22.08 48.84 3.44

12:55 96.908 390.281 6.45 24.83 48.52 3.13

13:00 95.483 409.464 6.63 23.32 48.68 3.23

13:05 93.345 401.527 6.50 23.25 48.68 3.16

13:10 94.770 419.387 6.70 22.60 48.84 3.27

13:15 93.345 408.815 6.44 22.83 49.01 3.16

13:20 93.345 421.757 6.52 22.13 49.66 3.24

13:25 94.770 422.420 6.43 22.44 49.33 3.17

13:30 92.632 405.823 6.14 22.83 49.50 3.04

13:35 92.632 403.159 6.19 22.98 48.68 3.01

13:40 93.345 404.824 6.09 23.06 49.66 3.03

13:45 92.632 405.823 6.14 22.83 49.33 3.03

13:50 94.770 406.142 6.07 23.33 49.66 3.02

13:55 94.770 394.118 5.87 24.05 49.83 2.93

14:00 94.770 412.822 6.19 22.96 49.50 3.07

60


Hora Volumen Prod[mZ] Volumen Teo[mZ] Ef Vol[%] Ef Elec[ %\ Ef PF[ %] Ef Sist[ %}

14:05 99.758 403.804 6.08 24.70 49.33 3.00

14:10 92.632 403.136 6.03 22.98 49.83 3.01

14:15 96.908 395.788 5.96 24.48 49.66 2.96

14:20 89.782 364.726 5.46 24.62 50.00 2.73

14:25 101.896 377.752 5.68 26.97 49.66 2.82

14:30 94.058 364.058 5.39 25.84 50.51 2.72

14:35 93.345 369.931 6.56 25.23 50.00 3.28

14:40 97.620 374.622 6.95 26.06 50.17 3.48

14:45 99.045 365.575 5.80 27.09 50.00 2.90

14:50 100.471 339.773 4.73 29.57 49.83 2.36

14:55 96.195 380.540 5.24 25.28 50.17 2.63

15:00 96.195 375.161 5.35 25.64 50.34 2.69

15:05 99.045 389.617 5.60 25.42 50.00 2.80

15:10 102.608 347.368 5.11 29.54 50.00 2.55

Tabla 4 . 1 1 : Mediciones de voltaje y corriente alimentados al electrolizador, energía solar disponible y la energía solar teórica (25 Jul 2007)

Hora V[V] Energía Solar Disp [ W] Energía Solar Teo[W]

12:20 12.12 3.18 484.541 524.461

12:25 8.46 3.06 285.935 530.104

12:30 11.61 3.12 285.935 535.437

12:35 11.65 3.07 521.186 540.455

12:40 11.87 3.04 579.999 545.156


Hora l[A) V[V] Energía Solar Disp [ W] Energía Solar Teo[W]

12:45 11.05 3.03 581.031 549.536

12:50 8.65 3.01 582.579 553.591

12:55 10.86 3.11 582.579 557.320

13:00 12.14 3.05 469.676 560.719

13:05 12.04 3.20 469.676 563.786

13:10 8.04 3.01 454.928 566.518

13:15 7.29 3.09 445.096 568.914

13:20 8.87 3.16 409.522 570.972

13:25 11.76 3.13 267.225 572.691

13:30 12.23 3.06 267.225 574.070

13:35 8.33 3.00 498.864 575.107

13:40 6.63 2.93 556.773 575.802

13:45 5.22 2.72 453.315 576.154

13:50 5.15 2.76 298.128 576.163

13:55 8.46 3.21 298.128 575.829

14:00 6.35 3.03 167.484 575.152

14:05 5.71 2.94 167.484 574.134

14:10 7.52 3.18 188.116 572.773

14:15 10.47 3.30 201.871 571.073

14:20 11.72 3.29 233.445 569.032

14:25 12.13 3.20 359.741 566.654

14:30 11.02 3.19 359.741 563.940

14:35 10.16 3.18 487.431 560.891

14:40 10.61 3.18 519.354 557.510

62

Tabla 4 . 1 1 : (continúa...)

Hora l[A] vm Energía Solar Disp [ W] Energía Solar Teo[W]

14:45 6.31 3.01 442.838 553.799

14:50 6.18 3.07 328.064 549.760

14:55 7.68 3.19 328.064 545.398

15:00 12.80 3.30 182.516 540.714

15:05 12.15 3.15 182.516 535.712

15:10 12.25 3.11 397.393 530.396

15:15 12.03 3.08 540.644 524.770

15:20 11.75 3.07 552.644 518.837

15:25 9.81 3.07 600.644 512.603

15:30 9.07 3.10 600.644 506.071


Hora Volumen Prod[mZ] Volumen Teo[mZ] Ef Vol[ %} Ef Elec[ %} Ef PF[ %] Ef Sist[ %}

12:20 116.859 395.610 7.95 29.54 46.54 3.70

12:25 91.920 277.061 9.05 33.18 48.37 4.38

12:30 96.908 380.222 12.6 25.49 47.44 6.01

12:35 95.483 381.532 6.86 25.03 48.21 3.31

12:40 92.632 390.023 6.22 23.75 48.68 3.03

12:45 91.920 363.080 5.76 25.32 48.84 2.81

12:50 94.058 285.158 4.47 32.98 49.17 2.20

12:55 102.608 358.014 5.80 28.66 47.59 2.76

13:00 100.471 400.211 7.88 25.10 48.52 3.83

63


Hora Volumen Prod[mZ] Volumen Teo[mZ] Ef Vol[%] Ef Elec[ %\ Ef PF[%] Ef Sist[ %]

13:05 96.908 396.914 8.20 24.42 46.25 3.79

13:10 88.357 265.920 5.32 33.23 49.17 2.62

13:15 105.458 241.114 5.06 43.74 47.90 2.42

13:20 106.171 293.372 6.84 36.19 46.84 3.21

13:25 105.458 388.958 13.77 27.11 47.28 6.51

13:30 96.908 405.829 14.0 23.88 48.37 6.77

13:35 97.620 277.318 5.01 35.20 49.33 2.47

13:40 78.381 220.722 3.49 35.51 50.51 1.76

13:45 74.106 173.781 3.13 42.64 54.41 1.70

13:50 83.369 171.451 4.77 48.63 53.62 2.56

13:55 106.171 281.646 9.11 37.70 46.11 4.20

14:00 91.207 212.089 11.49 43.00 48.84 5.61

14:05 97.620 190.713 10.02 51.19 50.34 5.05

14:10 106.884 251.167 12.71 42.55 46.54 5.92

14:15 116.147 349.696 17.12 33.21 44.85 7.68

14:20 115.434 390.176 16.52 29.59 44.98 7.43

14:25 98.333 403.825 10.79 24.35 46.25 4.99

14:30 109.021 368.066 9.77 29.62 46.39 4.53

14:35 115.434 339.342 6.63 34.02 46.54 3.08

14:40 102.608 354.372 6.50 28.95 46.54 3.02

14:45 91.920 210.753 4.29 43.61 49.17 2.11

14:50 99.758 205.741 5.78 48.49 48.21 2.79

14:55 111.159 256.511 7.47 43.34 46.39 3.46

15:00 109.021 427.518 23.14 25.50 44.85 10.38

64


Hora Volumen Prod [mi] Volumen Teo[mZ] Ef Vol[ %} Ef Elec[ %) Ef PF[%] Ef Sist[ %]

15:05 105.458 405.808 20.97 25.99 46.98 9.85

15:10 102.608 411.804 9.59 24.92 47.59 4.56

15:15 104.746 404.408 6.85 25.90 48.05 3.29

15:20 102.608 397.542 6.53 25.81 48.21 3.15

15:25 99.758 330.842 5.01 30.15 48.21 2.42

15:30 90.495 305.886 4.68 29.58 47.74 2.23

Tabla 4 .13: Mediciones de voltaje y corriente alimentados al electrolizador, energía solar disponible y la energía solar teórica (26 Jul 2007)

Hora l[A] V[V] Energía Solar Disp ¡ W] Energía Solar Teo[ W]

11:30 7.02 3.09 277.354 451.801

11:35 10.47 3.26 260.219 460.307

11:40 5.72 2.88 255.935 468.556

11:45 5.44 2.88 220.941 476.540

11:50 5.32 2.92 168.451 484.254

11:55 6.75 3.16 168.451 491.691

12:00 8.37 3.28 152.838 498.845

12:05 9.22 3.26 152.838 505.712

12:10 7.96 3.17 200.800 512.286

12:15 7.45 3.18 232.774 518.561

12:20 7.69 3.17 228.219 524.534

12:25 8.08 3.20 210.000 530.200

12:30 8.59 3.19 339.032 535.554



12:35 8.49 3.20 232.761 540.593

12:40 9.21 3.20 238.451 545.313

12:45 10.76 3.23 280.387 549.711

12:50 11.75 3.10 343.290 553.783

12:55 11.41 3.01 343.290 557.527

13:00 11.45 3.01 601.934 560.940

13:05 10.25 3.05 601.934 564.019

13:10 10.23 3.02 540.644 566.763

13:15 10.66 3.14 500.644 569.169

13:20 8.22 3.01 493.031 571.236

13:25 6.57 3.00 462.580 572.962

13:30 6.43 3.03 462.580 574.346

13:35 6.72 3.05 296.128 575.387

13:40 7.41 3.09 254.516 576.085

13:45 8.98 3.20 251.109 576.438

13:50 9.76 3.18 246.000 576.447

13:55 9.09 3.16 246.000 576.112

14:00 8.65 3.16 310.128 575.433

14:05 7.32 3.08 310.128 574.410

14:10 8.07 3.16 251.638 573.044

14:15 9.88 3.16 212.645 571.336

14:20 10.77 3.20 236.980 569.288

14:25 9.16 3.12 334.322 566.900

14:30 11.48 3.22 334.322 564.174

66



14:35 11.84 3.16 384.231 561.112

14:40 8.91 3.12 396.709 557.717

14:45 9.71 3.15 378.773 553.991

14:50 7.99 3.13 351.870 549.936

14:55 8.09 3.12 351.870 545.556

15:00 7.49 3.12 261.419 540.853

15:05 8.50 3.17 261.419 535.831

15:10 7.97 3.14 252.554 530.493

15:15 7.08 3.15 246.645 524.844

15:20 6.93 3.18 243.135 518.888

15:25 10.58 3.22 229.096 512.628

15:30 5.43 2.99 229.096 506.070

Tabla 4 .14 : Cálculos y resultados de volúmenes y eficiencias volumétrica, eléctrica, fotovoltaica y del sistema (26 Jul 2007)

Hora Volumen Prod[W] Volumen Teo[mZ] Ef Vol[ %\ Ef Elec[ %} Ef PF[ %} Ef Sist[ %}

11:30 91.920 228.380 7.82 40.25 47.94 3.75

11:35 96.195 340.618 13.12 28.24 45.44 5.96

11:40 74.819 186.707 6.44 40.07 51.43 3.31

11:45 74.106 177.568 7.09 41.73 51.43 3.65

11:50 79.806 174.227 9.22 45.81 50.73 4.68

11:55 99.758 221.059 12.66 45.13 46.88 5.94

12:00 108.309 274.113 17.96 39.51 45.16 8.11

67


Hora Volumen Prod[mZ] Volumen Teo[mZ] Ef Vol[%] Ef Elec[ %] Ef PF[%] Ef Sist[ %]

12:05 107.596 302.950 19.67 35.52 45.44 8.94

12:10 103.321 261.549 12.57 39.50 46.73 5.87

12:15 99.758 244.791 10.18 40.75 46.58 4.74

12:20 102.608 253.511 10.68 40.47 46.73 4.99

12:25 103.321 266.368 12.31 38.79 46.30 5.70

12:30 102.608 283.180 8.08 36.23 46.44 3.75

12:35 104.746 280.804 11.67 37.30 46.30 5.40

12:40 104.033 304.618 12.36 34.15 46.30 5.72

12:45 104.033 355.884 12.40 29.23 45.87 5.69

12:50 98.333 389.901 10.61 25.22 47.79 5.07

12:55 94.770 378.619 10.00 25.03 49.22 4.92

13:00 91.920 379.946 5.73 24.19 49.22 2.82

13:05 94.058 341.237 5.19 27.56 48.58 2.52

13:10 95.483 339.463 5.71 28.13 49.06 2.80

13:15 95.483 354.887 6.69 26.91 47.18 3.15

13:20 91.207 272.765 5.02 33.44 49.22 2.47

13:25 91.207 218.725 4.26 41.70 49.39 2.10

13:30 94.770 214.064 4.21 44.27 48.90 2.06

13:35 96.195 223.719 6.92 43.00 48.58 3.36

13:40 99.758 246.690 9.00 40.44 47.95 4.31

13:45 106.884 298.957 11.44 35.75 46.30 5.30

13:50 93.345 324.925 12.62 28.73 46.59 5.88

13:55 114.009 303.605 11.68 37.55 46.89 5.47

14:00 92.632 288.909 8.81 32.06 46.89 4.13

68


Hora Volumen Prod [mZ] Volumen Teo[mZ] Ef Vol[ %] Ef Elec[ %] Ef PF[%] Ef Sist[ %}

14:05 97.620 244.487 7.27 39.93 48.11 3.50

14:10 109.021 269.537 10.13 40.45 46.89 4.75

14:15 109.734 329.990 14.68 33.25 46.89 6.88

14:20 108.309 359.716 14.54 30.11 46.30 6.73

14:25 105.458 305.943 8.55 34.47 47.49 4.06

14:30 103.321 384.674 11.06 26.86 46.02 5.09

14:35 103.321 396.737 9.74 26.04 46.89 4.57

14:40 107.596 298.558 7.01 36.04 47.49 3.33

14:45 110.446 325.365 8.08 33.95 47.04 3.80

14:50 88.357 268.597 7.11 32.90 47.34 3.36

14:55 96.908 271.958 7.17 35.63 47.49 3.41

15:00 101.183 250.977 8.94 40.32 47.49 4.25

15:05 104.033 284.820 10.31 36.53 46.74 4.82

15:10 106.171 267.061 9.91 39.76 47.19 4.68

15:15 102.608 237.238 9.04 43.25 47.04 4.25

15:20 110.446 231.461 9.06 47.72 .46.59 4.22

15:25 98.333 353.370 14.87 27.83 46.01 6.84

15:30 88.357 181.950 7.09 48.56 49.56 3.51


Hora l[A] V[V] Energía Solar Disp [W] Energía Solar Teo[W]

11:30 10.80 3.09 338.774 452.428


Hora 1[A] V[V] Energía Solar Disp [W] Energía Solar Teo[W]

11:35 7.83 3.14 402.206 460.951

11:40 11.14 3.16 418.064 469.216

11:45 11.23 3.15 408.206 477.216

11:50 11.47 3.11 392.954 484.945

11:55 11.07 3.11 393.419 492.397

12:00 10.97 3.04 520.644 499.566

12:05 11.04 3.09 520.644 506.446

12:10 11.15 3.01 516.773 513.033

12:15 11.62 3.09 514.193 519.321

12:20 11.84 3.08 508.257 525.305

12:25 7.52 3.07 484.515 530.982

12:30 11.59 3.10 484.515 536.347

12:35 7.01 2.88 508.257 541.396

12:40 11.52 3.10 514.193 546.125

12:45 11.63 3.09 531.483 550.532

12:50 10.93 3.05 557.418 554.612

12:55 11.52 3.08 557.418 558.363

13:00 11.91 3.11 507.096 561.783

13:05 11.60 3.06 507.096 564.868

13:10 11.70 3.03 554.709 567.617

13:15 11.47 3.02 586.450 570.028

13:20 8.33 2.98 558.076 572.099

13:25 12.11 3.11 444.580 573.828

13:30 12.40 3.08 444.580 575.215


Hora J[A) V[V] Energía Solar Disp [ W] Energía Solar Teo[W]

13:35 11.71 2.97 519.883 576.258

13:40 10.03 2.99 538.709 576.957

13:45 10.80 3.04 491.018 577.311

13:50 8.22 3.07 419.483 577.321

13:55 7.57 3.09 419.483 576.985

14:00 7.11 3.08 257.354 576.304

14:05 6.92 3.10 257.354 575.279

14:10 6.43 3.02 219.535 573.911

14:15 6.04 3.01 194.322 572.199

14:20 6.18 3.02 188.580 570.147

14:25 5.90 3.02 165.613 567.754

14:30 5.56 2.92 165.613 565.023

14:35 6.54 3.06 149.406 561.956

14:40 6.41 3.04 145.355 558.554

14:45 6.73 3.09 147.109 554.820

14:50 5.52 2.94 149.742 550.758

14:55 4.74 2.69 149.742 546.368

15:00 5.98 3.04 124.322 541.656

• J5:05 6.70 3.11 124.322 536.624

15:10 6.79 3.14 152.348 531.276

15:15 7.69 3.20 171.032 525.616

15:20 5.95 3.10 184.064 519.648

15:25 6.01 3.04 236.193 513.376

15:30 5.82 2.97 236.193 506.805

71


Hora Volumen Prod[roi] Volumen Teo[mí] Ef Vol[ %] Ef Elec[ %] Ef PF[ %] Ef Sist[ %]

11:30 91.920 352.524 9.85 26.07 47.94 4.72

11:35 96.195 255.580 6.11 37.64 47.17 2.88

11:40 101.183 363.622 8.42 27.83 46.88 3.95

11:45 98.333 367.777 8.67 26.74 47.03 4.08

11:50 98.333 375.637 9.08 26.18 47.63 4.32

11:55 96.195 363.737 8.75 26.45 47.63 4.17

12:00 94.770 360.451 6.41 26.29 48.73 3.12

12:05 86.219 363.948 6.55 23.69 47.94 3.14

12:10 83.369 367.574 6.49 22.68 49.22 3.20

12:15 92.632 383.068 6.98 24.18 47.94 3.35

12:20 96.908 390.321 7.17 24.83 48.10 3.45

12:25 85.507 248.722 4.76 34.38 48.26 2.30

12:30 93.345 383.335 7.42 24.35 47.79 3.54

12:35 88.357 231.853 3.97 38.11 51.44 2.04

12:40 93.345 381.020 6.95 24.50 47.79 3.32

12:45 94.058 385.919 6.76 24.37 47.95 3.24

12:50 93.345 362.691 5.98 25.74 48.58 2.91

12:55 92.632 382.269 6.37 24.23 48.10 3.06

13:00 93.345 395.210 7.30 23.62 47.64 3.48

13:05 94.058 386.181 7.00 24.36 48.42 3.39

13:10 91.207 389.510 6.39 23.42 48.90 3.13

13:15 88.357 381.853 5.91 23.14 49.06 2.90

13:20 91.207 278.221 4.45 32.78 49.72 2.21

72


Hora Volumen Prod[mZ] Volumen Teo[m/] Ef Vol[ %] Ef Elec[ %) Ef PF[ %] Ef Sist[ %]

13:25 98.333 404.472 8.47 24.31 47.64 4.04

13:30 95.483 414.158 8.59 23.05 48.11 4.13

13:35 92.632 391.112 6.69 23.68 49.89 3.34

13:40 95.483 333.913 5.57 28.60 49.55 2.76

13:45 94.770 360.718 6.69 26.27 48.74 3.26

13:50 97.620 275.438 6.02 35.44 48.26 2.90

13:55 95.483 253.657 5.58 37.64 47.95 2.67

14:00 97.620 238.244 8.51 40.98 48.11 4.09

14:05 96.908 231.877 8.34 41.79 47.80 3.98

14:10 91.207 215.458 8.85 42.33 49.06 4.34

14:15 90.495 202.390 9.36 44.71 49.23 4.61

14:20 95.483 207.081 9.90 46.11 49.06 4.86

14:25 86.932 197.699 10.76 43.97 49.06 5.28

14:30 85.507 186.306 9.80 45.90 50.74 4.97

14:35 87.645 218.435 13.39 40.12 48.42 6.49

14:40 95.483 214.093 13.41 44.60 48.74 6.53

14:45 95.483 224.051 14.14 42.62 47.95 6.78

14:50 68.406 183.769 10.84 37.22 50.39 5.46

14:55 74.819 • .. 157.801 8.52 47.41 55.08 4.69

15:00 99.758 199.083 14.62 50.11 48.74 7.13

15:05 96.908 223.779 16.76 43.31 47.64 7.98

15:10 101.183 226.785 13.99 44.62 47.19 6.60

15:15 110.446 256.845 14.39 43.00 46.30 6.66

15:20 91.207 198.729 10.02 45.90 47.80 4.79

73


Hora Volumen Prod[mZ] Volumen Teo[mZ] Ef Vol[ %] Ef Elec[ %) Ef PF[%] Ef Sist[ %)

15:25 92.632 200.733 7.74 46.15 48.74 3.77

15:30 94.770 193.756 7.32 48.91 49.89 3.65

Tabla 4 .17: Mediciones de voltaje y corriente de los paneles fotovoltaicos y su efi-ciencia (28 Jul 2007)

Hora \[A] V[V] Energía Solar Disp [ W] Energía Solar Tco[ W] Eficiencia PF[ %]

11:30 9.50 3.78 467.096 453.062 7.69

11:35 14.40 3.78 446.812 461.602 12.18

11:40 14.58 3.74 441.741 469.883 12.34

11:45 14.63 3.72 456.786 477.900 11.91

11:50 14.18 3.73 479.354 485.644 11.03

11:55 15.20 3.72 479.354 493.111 11.80

12:00 15.60 3.70 476.773 500.294 12.11

12:05 15.68 3.68 476.773 507.188 12.10

12:10 14.53 3.71 499.999 513.788 10.78

12:15 15.38 3.70 515.483 520.089 11.04

12:20 14.52 3.72 506.580 526.086 10.66

12:25 16.68 3.67 470.967 531.774 13.00

12:30 16.63 3.65 470.967 537.149 12.89

12:35 15.68 3.69 507.096 542.208 11.41

12:40 16.33 3.68 516.128 546.947 11.64

12:45 16.68 3.65 517.676 551.362 11.76

12:50 14.75 3.69 519.999 555.451 10.47

74


Hora l[A] V[V] Energía Solar Disp [ W] Energía Solar Teo[ W] Eficiencia PF[ %}

12:55 13.29 3.70 519.999 559.209 9.46

13:00 13.74 3.76 419.096 562.636 12.33

13:05 13.18 3.69 419.096 565.727 11.60

13:10 14.58 3.73 442.477 568.482 12.29

13:15 12.33 3.72 458.064 570.897 10.01

13:20 12.30 3.74 455.380 572.972 10.10

13:25 15.01 3.76 444.644 574.705 12.69

13:30 18.47 3.65 444.644 576.095 15.16

13:35 16.30 3.65 504.412 577.140 11.79

13:40 12.87 3.68 519.354 577.841 9.12

13:45 17.50 3.66 513.160 578.195 12.48

13:50 17.71 3.59 503.870 578.205 12.62

13:55 17.30 3.60 503.870 577.868 12.36

14:00 18.40 3.58 587.096 577.186 11.22

14:05 17.35 3.59 587.096 576.159 10.61

14:10 18.45 3.60 581.289 574.788 11.43

14:15 17.60 3.87 577.418 573.073 11.80

14:20 17.70 3.56 577.160 571.017 10.92

14:25 17.60 3.55 576.128 • .. 568.619 10.84

14:30 17.83 3.57 576.128 565.883 11.05

14:35 17.27 3.57 563.225 562.809 10.95

14:40 17.31 3.59 559.999 559.401 11.10

14:45 18.00 3.58 556.128 555.660 11.59

14:50 17.61 3.58 550.321 551.589 11.46

75


Hora l[A] V[V] Energía Solar Disp [ W] Energía Solar Teo[W] Eficiencia. PF[ %\

14:55 17.31 3.59 550.321 547.191 11.29

15:00 17.01 3.59 552.257 542.469 11.06

15:05 16.84 3.60 552.257 537.427 10.98

15:10 16.63 3.63 529.805 532.068 11.39

15:15 17.25 3.62 514.838 526.397 12.13

15:20 17.13 3.62 515.870 520.416 12.02

15:25 16.83 3.61 519.999 514.132 11.68

15:30 16.21 3.61 519.999 507.548 11.25

Tabla 4 .18: Mediciones de voltaje y corriente de los paneles fotovoltaicos y su efi-ciencia (29 Jul 2007)

Hora l[A] V[V] Energía Solar Disp [ W] Energía Solar Teo[ W] Eficiencia PF[ %}

11:30 14.06 3.79 409.290 453.411 13.02

11:35 14.14 3.79 454.502 461.977 11.79

11:40 7.56 3.80 465.806 470.285 6.17

11:45 15.77 3.79 460.025 478.326 12.99

11:50 15.60 3.75 451.354 486.096 12.96

11:55 16.01 3.74 451.354 493.587 13.27

12:00 16.97 3.69 510.322 500.795 12.27

12:05 16.95 3.65 510.322 507.713 12.12

12:10 11.57 3.58 557.934 514.336 7.42

12:15 7.50 3.67 589.676 520.659 4.67

12:20 8.54 3.79 536.618 526.678 6.03

76


Hora l[A] V[V] Energía Solar Disp [ W] Energía Solar Teo[W] Eficiencia. PF[ %]

12:25 6.70 3.82 324.386 532.388 7.89

12:30 6.07 3.91 324.386 537.785 7.32

12:35 6.16 3.96 238.038 542.865 10.25

12:40 5.92 3.99 216.451 547.625 10.91

12:45 6.11 4.00 206.567 552.060 11.83

12:50 6.62 4.04 191.742 556.167 13.95

12:55 14.25 4.03 191.742 559.945 29.95

13:00 16.69 3.84 294.322 563.389 21.78

13:05 16.75 3.79 294.322 566.498 21.57

13:10 18.21 3.68 435.535 569.269 15.39

13:15 18.19 3.68 529.676 571.701 12.64

13:20 9.93 3.73 529.418 573.792 7.00

13:25 8.19 3.80 528.386 575.540 5.89

13:30 18.63 3.71 528.386 576.943 13.08

13:35 18.79 3.68 416.851 578.002 16.59

13:40 16.96 3.64 388.967 578.716 15.87

13:45 17.72 3.65 451.960 579.083 14.31

13:50 17.54 3.66 546.451 579.104 11.75

13:55 18.10 3.64 546.451 578.778- . 12.06

14:00 18.42 3.62 580.644 578.106 11.48

14:05 16.32 3.59 580.644 577.089 10.09

14:10 18.66 3.59 581.805 575.726 11.51

14:15 17.61 3.59 582.579 574.020 10.85

14:20 18.66 3.58 582.192 571.970 11.47

77


Hora l[A] V[V] Energía Solar Disp [ W] Energía Solar Teo[ W] Eficiencia PF[%]

14:25 18.72 3.58 580.644 569.579 11.54

14:30 17.72 3.60 580.644 566.848 10.99

14:35 18.24 3.62 553.805 563.780 11.92

14:40 5.82 3.79 547.096 560.376 4.03

14:45 6.03 3.81 492.541 556.638 4.66

14:50 4.40 3.84 410.709 552.570 4.11

14:55 4.06 3.90 410.709 548.174 3.86

15:00 6.06 4.03 153.677 543.453 15.89

15:05 6.39 4.04 153.677 538.412 16.80

15:10 9.89 4.10 162.232 533.053 24.99

15:15 9.81 3.88 167.935 527.380 22.67

15:20 8.93 3.87 178.774 521.398 19.33

15:25 8.12 3.86 222.129 515.111 14.11

15:30 6.98 3.94 222.129 508.523 12.38

A continuación se muestran las gráficas por fecha de los resultados obtenidos sobre

el desempeño del prototipo de producción de hidrógeno. Hay dos tipos de gráficos, el

primero es una comparación de la cantidad de energía aportada por el Sol de forma

teórica calculada utilizando las ecuaciones de la sección 2.1, la aportada realmente

(medida a través de un piránometro) [8] y la que es aprovechada por los paneles

fotovoltaicos; dentro de los gráficos se identifican como Energía Solar Teórica, Energía

Solar Disponible y Energía PF, respectivamente.

El segundo t ipo es una gráfica donde se muestran las diferentes rendimientos de

los procesos como el aprovechamiento de energía de los paneles fotovoltaicos (PF);

78

Watts

700.0

600.0

500.0

400.0

ENERGÍA SOLAR 20-JUL-2007

300.0

200.0

100.0

13:05 13:35 14:05 14:35 15:05 15:35 16:05 16:35 17:05

-Energía PF - Energía Solar Disponible —•— Energía Solar Teórica

Figura 4 .1 : Gráfica de energía solar y fotovoltaica 20-Jul-07

el rendimiento volumétrico (Volumétrica), que es un cociente entre el cálculo teórico

del volumen de hidrógeno producido y el producido realmente por el dispositivo; el

rendimiento eléctrico (Eléctrica), que es una comparación entre la fem aplicada a

condiciones estándar (1.23V) y el alimentado por los paneles fotovoltaicos ( ~ ZV); y

por último el rendimiento total del sistema que se obtiene al multiplicar el rendimiento

de los paneles fotovoltaicos con el rendimiento eléctrico del electrolizador (Sistema).

Para el caso del 28 y 29 de Julio, se realizaron mediciones directas sobre los

paneles fotovoltaicos, esto debido a que aparecieron pequeñas fugas en las terminales

del electrolizador que tuvieron que ser reparadas. Estos gráficos siguen la idea de los

anteriores en el primero se compara la energía de entrada con respecto a la que es

aprovechada y en el segundo es una comparación del rendimiento tanto teórico como

real de los paneles fotovoltaicos.

79

Figura 4.2: Gráfica de eficiencias 20-Jul-07

En las gráficas de energía puede observarse la curva ideal de la cantidad de energía

que puede aprovecharse del Sol en forma de parábola invertida. La energía que llega

a la superficie en donde se nota el seguimiento con la curva ideal como en las figuras

4.9, 4.15,4.17.

En las figuras 4.5,4.7,4.11, 4.15 se observan unos picos donde la parte superior

se aproxima a la curva ideal y los de la parte inferior se deben al paso de nubes al

momento de realizar las mediciones. También se encuentran figuras como la 4.3 donde

se observa que la cantidad de energía registrada es mucho menor a la ideal ya que ese

día (21 — Jul — 2007) fue un día nublado.

En la figura 4.3 se observa lo que sucede durante un día nublado. Este tipo de días

provocan un bajo rendimiento (4.4) del sistema en cuanto a producción de hidrógeno

8 0

ENERGÍA SOLAR 21-JUL-2007 Watts

600.0

500.0

400.0

300.0

200.0

100.0

0.0

14:10 14:40 15:10 15:40 16:10 16:40 | I

—•—Energía PF —«—Energía Solar Disponible —«—Energía Solar Teórica I

Figura 4.3: Gráfica de energía solar y fotovoltaica 21-Jul-07

se refiere ya que las condiciones de rendimiento eléctrico y fotovoltaico no varían mucho.

En la figura 4.5 se observa como pasa de estar medio nublado al medio día, a

estar soleado a media tarde y por la tarde estar completamente cerrado, ésto último

provocando una baja en la captación de energía solar de los paneles solares. En

la figura 4.6 puede verse como son afectados los rendimientos del sistema solo en

condiciones extremas, en este caso el cielo completamente cerrado por la tarde.

Durante el 24 de Julio se observó una día completamente soleado tanto que en

ocasiones sobrepaso la estimación de la energía solar disponible (4.9). Lo anterior se ve

reflejado en la constancia de los valores de las eficiencias tanto eléctrica y fotovoltaica

como la volumétrica y del sistema.

Porcentaje 60.0%

40.0%

30.0%

20.0%

10.0%

14:10

EFICIENCIAS 21-JUL-2007

Hora

14:40 15:10

- * - P F

15:40 16:10 16:40

-Eléctrica -JK- Sistema


Watts

700.0

500.0

400.0

100.0


Hora

12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30

-Energía PF —•— Energía Solar Disponible —•—Energía Solar Teórica

Figura 4 .5: Gráfica de energía solar y fotovoltaica 22-Jul-07

82

EFICIENCIAS 22-JUL-2007 Porcentaje

70.0%

60.0%

50.0%

40.0%

20.0%

10.0%

0.0% Hora

12:30 13:00 ' 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30

Sistema - * - P F -Eléctrica


Watts

700.0

600.0

500.0

400.0

300.0

200.0

100.0

0 . 0


Hora

11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

-Energía PF —«—Energía Solar Disponible —•— Energía Solar Teórica



30.0%

20.0%

0.0% Hora

12:00 12:30

- * - P F

13:00 13:30

-Volumétrica -Eléctrica

1 4 : 3 0

-Sistema

15:00 15:30


Watts

700.0

600.0

500.0

400.0

300.0

200.0

100.0

0.0


Hora

11:10 11:40 12:10 12:40 13:10 13:40 14:10 14:40 15:10

-Energía PF -Energía Solar Disponible - Energía Solar Teórica



50.0%

40.0%

20.0%

10.0%

Hora

11:10 11:40 12:10 12:40 13:10 13:40 14:10 14:40 15:10

- * - P F -s*—Volumétrica Eléctrica Sistema

Figura 4 .10: Gráfica de eficiencias 24-Jul-07

Watts

700.0

300.0

200.0

100.0


Hora

11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

-Energía PF - Energía Solar Disponible - •— Energía Solar Teórica


60.0%


50.0%

40.0%

30.0%

20.0%

10.0%

0.0% 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

- * - P F -^-Volumétr ica -^-Eléctr ica -ai -Sistema



700.0 i

11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

—•—Energía PF —•—Energía Solar Disponible —•—Energía Solar Teórica


Porcentaje

60.0% -i

s

m

lí

n

a

m

lo

86

Porcentaje

60.0% •

50.0%

40.0%

30.0%

20.0%

10.0%

0.0%


Hora

11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

-PF -^-Volumétrica H*-Eléctrica - * - S i s t e m a


En la figura 4.15 se aprecia durante la tarde ocurrió una baja en la energía

olar disponible debido al paso de un banco de nubes. Esto se ve reflejado en el au-

ento de la eficiencia volumétrica (4.16)de casi el 10 % durante el paso de dichas nubes.

En la figura 4.17 se aprecia como la energía solar disponible se asemeja mucho a la

nea de la energía solar teórica. En este caso entre las 12 : 30 hrs y las 14 : 00 hrs se

ota una pequeña disminución en la energía solar disponible esto se debió al paso de

lgunas nubes.

En la figura 4.18 se aprecia como al ser menor la cantidad de energía solar que se

ide durante el paso de algunas nubes, aumenta la eficiencia registrada (en rojo) para

s paneles fotovoltaicos.

En la figura 4.19 se puede observar los máximos y mínimos en la cantidad de

8 7


Hora

11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

- Energía PF —•— Energía Solar Disponible —•— Energía Solar Teórica



60.0%

50.0%

40.0%

20.0%

0.0% Hora

11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

- * - P F -^-Volumétr ica -^ -E léct r ica -a i -Sistema


Watts

700.0

600.0

500.0

400.0

300.0

200.0

100.0

0.0 11:30


12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00

—•—Energía PF -Energía Solar Disponible - Energía Solar Teórica

Hora

15:30



Hora

11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

- * - P F Real -PF Teórica


89


700.0

600.0

500.0

400.0

300.0

200.0

100.0

11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

—•—Energía PF —•—Energía Solar Disponible —•— Energía Solar Teórica


energía solar disponible. Este día fue muy soleado, esto se aprecia por los puntos

máximos que se acercan y en algunos casos sobrepasan la estimación teórica. Los

puntos mínimos se deben al paso de grandes bancos de nubes.

Al igual que en la figura 4.18 en la figura 4.20 se aprecia la mejora en el aprovecha-

miento de la energía solar de las celdas solares al ser menor ésta, debido a los bancos

de nubes.

La figura 4.21 es muy semejante a la 4.19 debido a las semejantes condiciones

climatológicas ocurridas en esos días.

En la figura 4.22 se puede apreciar como la eficiencia de los paneles se incrementa

en los mínimos registrados en la energía solar disponible al igual que la eficiencia del


30.0%

25.0%

20.0%

15.0%

10.0%

0.0% 11:30

Hora

12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

- * - P F R e a l H K - P F Teórica I


Watts

700.0 -

500.0

300.0

11:30


—• -PF —•— Energía Solar Disponible —«—Energía Solar Teórica

Hora

12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30


35.0%


60.0%

50.0%

40.0%

30.0%

20.0%

10.0%

0.0%

11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

- * - P F -^-Volumétr ica - * — Eléctrica - * - S i s t e m a


sistema.

La figura 4.23 es un ejemplo de un día de verano completamente soleado ya que la

energía solar medida durante el día es muy semejante a la esperada.

Debido a las condiciones climatológicas en la figura 4.23 se puede apreciar como

las eficiencias de los paneles, la del sistema y la eléctrica casi no sufren cambios; sin

embargo, la eficiencia volumétrica se observa que es más sensible a los cambios en la

energía solar disponible.

La figura 4.25 presenta algunos máximos fuera de la curva teórica y unos mínimos

muy bajos debido al paso de bancos de nubes muy densas.

La figura 4.26 se observa como la eficiencia volumétrica es la más susceptible a los

Watts

600.0

400.0

300.0

0 . 0

ENEGIA SOLAR 17-AGO-2007

Hora

11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

-Energía PF —«—Energía Solar Disponible —«—Energía Solar Teórica

Figura 4.23: Gráfica de energía solar y fotovoltaica 17-Ago-07

Porcentaje

60.0%

40.0%

30.0%

10.0%

0.0%

EFICIENCIAS 17-AGO-2007

11:30 12:00 12:30 13:00

-PF -«-Volumétr ica

13:30 14:00

*-Eléctr ica

14:30 15:00

*—Sistema

15:30

Figura 4.24: Gráfica de eficiencias 17-Ago-07

700.0

ENERGÍA SOLAR 21-AGO-2007 Watts

600.0

500.0

400.0

200.0

100.0

0 . 0 Hora

11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

—•—Energía PF -«—Energía Solar Disponible —«—Energía Solar Teórica


EFICIENCIAS 21-AGO-2007 Porcentaje

60.0%

50.0%

30.0%

10.0%

Hora

11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14.00 14:30 15:00 15:30

j - * - P F -«-Volumétr ica -« -Eléctr ica - « - S i s t e m a J


700.0

9 4

condiciones climáticas aumentando cuando la energía solar disponible disminuye.

Watts 800.0

600.0

500.0

400.0

300.0

200.0

100.0

11:30

ENERGÍA SOLAR 22-AGO-2007

12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

-EnergíaPF —•— Energía Solar Disponible —«—Energía Solar Teórica


El 22 de Agosto fue un día nublado, aunque caluroso, esto puede observarse en

la figura 4.27 donde sólo en una ocasión se despejo el cielo y registró una energía

disponible mayor a la teórica.

En la figura 4.28 puede verse como la eficiencia eléctrica es la que menos cambios

sufre debido a que aprovecha el calor dentro del electrolizador para mantener las

condiciones de producción del hidrógeno.

La figura 4.31 muestra como gran parte del 24 de Agosto se registro una energía

solar disponible por arriba de lo esperado. En la gráfica de eficiencias 4.32 se observa

como las eficiencias se mantienen casi constantes debido a la estabilidad de las

condiciones climáticas.


11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

- « - P F -«-Volumétr ica -« -Eléctr ica - « - S i s t e m a



60.0% -i

96


Watts

700.0 -

500.0

300.0

0 . 0


Hora

11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

-Energía PF —«—Energía Solar Disponible —«—Energía Solar Teórica

Figura 4 .31: Gráfica de energía solar y fotovoltaica 24-Ago-07


60.0%

50.0%

40.0%

30.0%

20.0%

10.0%

^ X X X X X X J K ^ ^ X X X X X X ^ X X X X X X X X ) t X X x X X X X X X X X E X X X X X X x Hora

11:30 12:00 12:30

- * - P F

13:00 13:30 14:00

-Volumétrica —X— Eléctrica

14:30 15:00

i—Sistema

15:30

Figura 4.32: Gráfica de eficiencias 24-Agc~07

Watts

700.0

600.0

500.0

200.0


Hora

11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

-Energía P F —«—Energía Solar Disponible —«—Energía Solar Teórica


98

La figura 4.33 muestra un día muy soleado hasta la aparición de un gran banco de

nubes disminuyendo la energía disponible. En la figura 4.34 puede observarse como

los rendimientos se mantienen de acuerdo a condiciones hasta que aparece el banco de

nubes, provocando un gran cambio en el rendimiento volumétrico.


60.0% i

11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

- « - P F -«-Volumétr ica -«-Eléctr ica - « - S i s t e m a


En la figura 4.39 se observan los promedios diarios registrados durante la imple-

mentación del dispositivo, donde el rendimiento eléctrico se encuentra cercano al 5 0 % ,

el volumétrico entre un 2 5 % y un 3 5 % , la eficiencia de los paneles fotovoltaicos ronda

el 10 % y la del sistema alrededor del 5 %.


600.0

400.0

3 0 0 . 0

200.0

100.0

11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

—•— Energía PF —«—Energía Solar Disponible —«—Energía Solar Teórica



60.0%

50.0%

30.0%

20.0%

10.0%

0.0% ***** Hora

11:30 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

- X — PF —«—Volumétrica —«—Eléctrica X Sistema


700.0

00
1

700.0

600.0

500.0

400.0

300.0

200.0

100.0

0 . 0

11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

• Energía PF —•—Energía Solar Disponible # Energía Solar Teórica



101

EFICIENCIAS JULIO Y AGOSTO

-VOL -ELEC -TOT REAL

Figura 4.39: Gráfica de eficiencias promedio del dispositivo

Capítulo 5

Conclusiones y trabajo futuro

Al evaluar los resultados presentados en el capítulo 4 se encontró que, para el

caso de los paneles fotovoltaicos (PF), se puede mejorar su manufactura ya que varias

celdas se fracturaron y, en algunos casos, quebraron faltándoles pequeños pedazos que

influyen en su desempeño. Aún así la eficiencia registrada por el módulo fotovoltaico

fue de 8%.

El gas hidrógeno producido por el sistema es tan sólo el 25 % (eficiencia volumétri-

ca) comparándolo con el resultado indicado por la ley del gas ideal. En este caso debe

medirse el producto con un artefacto más exacto como un fiujómetro para contar con

un valor volumétrico más apegado a la realidad.

Las condiciones de diseño (20 ^4y4 V) están sobradas para un electrolizador

como el diseñado en este proyecto. Esto se observa en la eficiencia eléctrica ya que

durante las pruebas arrojó un rendimiento cercano al 50%. Una manera de mejorar

esto es el agregar un electrolizador más para observar el desempeño del sistema

o en su caso rediseñar el electrolizador para poder crear un banco de estos dispo-

sitivos que puedan trabajar mejor con el panel fotovoltaico diseñado para este proyecto.

102


En su totalidad este sistema de producción de hidrógeno operó con una eficiencia

del 4%, a comparación del 7% [3] y el 1 1 % [9] reportados por Ohta y Eisenstadtl.

El costo de producción del hidrógeno durante los dos meses de operación fue de 9.685

%/kWh que es aproximadamente cuatro veces más la tarifa de doméstica de alto

consumo (DAC) que maneja la Comisión Federal de electricidad (CFE).

Durante la evaluación de este proyecto se encontraron ciertas infiltraciones del

electrolito hacia la conexión de los paneles, a través de las terminales eléctricas

positivas. También cabe mencionar que una forma de evitar este tipo de infiltra-

ciones por el cableado eléctrico sería el sellado de estos por medio de silicón u otro

t ipo de pegamento sellador evitando que ensucien la conexión eléctrica entre el cable

y la terminal. Pudiendo provocar que la caída de voltaje sea mayor al calculado (~ 5 %).

5.1 Trabajo futuro

Para realizar una continuidad en este tema de investigación se pueden tomar varias

consideraciones o recomendaciones para trabajos futuros. Los paneles fotovoltaicos

(PF) se pueden mejorar en su manufactura evitando la ruptura de celdas y que los

conductores internos de los paneles sean más angostos para hacer el área funcional

más grande o en su defecto hacer más chicos los paneles.

En la parte de producción de hidrógeno, se pueden hacer pruebas con otros diseños

de electrolizadores, con bancos de electrolizadores conectados en serie o en paralelo,

tomando en cuenta sus requerimientos de energía para realizar las adecuaciones

necesarias en el sistema de alimentación eléctrica (PF) ya sea con el mismo diseño o


creando cierto arreglo de forma tal que puedan alimentar a un banco de electrolizadores

con suficiente corriente.

En cuanto al diseño de electrolizadores se pueden probar otros materiales como

electrodos de níquel, de acero inoxidable 316 o de monel (aleación de níquel). También

se puede aumentar o reducir el tamaño de los electrolizadores para ver sus efectos en

la producción del hidrógeno.

También se pueden realizar pruebas de pureza para los gases de salida (hidrógeno

y oxígeno), antes y después de entrar al sistema de purificación respectivo. Esto

para saber si es recomendable o no su almacenamiento-utilización para determinadas

aplicaciones como celdas de combustible, motores de combustión interna o simples

quemadores.

Más adelante, podría diseñarse un sistema híbrido con las diferentes maneras de

aprovechar la energía solar y comparar sus ritmos y eficiencias de producción de

hidrógeno, para adecuar el sistema de acuerdo a los recursos energéticos disponibles

en el área de aplicación.

Un sistema de producción de hidrógeno de bajo costo, como el diseñado en este

proyecto, no es muy complicado de fabricar y poner en marcha. Lo complicado es el

manejo seguro del electrolito ya que debe estar fuera del alcance de los niños y de

infraestructura doméstica que sea susceptible a la corrosión. Además, su aplicación ayu-

daría a disminuir el consumo de combustibles fósiles y, por ende, la producción de GEI .

Hoy en día tener un sistema de este tipo puede considerarse un gasto debido a que no

existe la infraestructura suficiente para utilizar este tipo de dispositivos, sin olvidar que


su costo de producción es todavía alto al compararse con las tarifas de energía eléctrica.

Sin embargo, estas tarifas cuentan con un descuento por parte del gobierno y no

incluyen los costos ecológicos, por lo que si se toman éstos en cuenta harían más

atractivo el uso de dispositivos de hidrógeno y otras fuentes de energía alterna.

Apéndice A

Balance de energía en el

electrolizador

De acuerdo con la primera y segunda ley de la termodinámica para un sistema

abierto con reacción química se tiene el siguiente balance de energía:

Para este caso los cambios de energía debido a las velocidades de los flujos de agua

a la entrada y de oxígeno e hidrógeno a la entrada, son muy pequeñas por lo que puede

despreciarse su aportación en la ecuación A . l . A su vez, la diferencia de altura entre

los puertos de salida (hidrógeno y oxígeno) y el de entrada (agua) es muy pequeña por

lo.que el aporte de la energía potencial al balance total de energía se puede despreciar

en la misma ecuación. Con estas suposiciones la ecuación A . l queda de la siguiente

manera:

A l hacer un balance de masa sobre el electrolizador se obtiene la ecuación A.3,

Q - W = AH + AEP + AE, (A. l )

Q-W = AH (A.2)

106

107

donde rriH2o en la masa de agua, mo es la masa del gas oxígeno y m# 2 es la masa del

gas hidrógeno.

mH2o = mH2 + m0 (A.3)

De acuerdo con [10] el trabajo de entrada depende directamente del voltaje de

alimentación del electrolizador.

W = -n F V (A.4)

donde n es el número de moles de electrones que se transportan durante la electrólisis

del agua por cada mol de agua, F es la constante de Faraday (96,454 C/mol) y V es

el voltaje de la celda electrolítica. El signo negativo es indicativo de que el trabajo es

realizado sobre el sistema (electrolizador).

El cálculo del cambio de entalpia toma como temperatura de referencia 25°C, los

calores de formación y los calores específicos de los compuestos involucrados (agua,

hidrógeno y oxígeno).1

AH = mH2o r—- (A.5)

AHi = n fTgas

AH°f@Tref +R (ai + a2T + a3T2 + a 4 T 3 + a 5 T 4 ) dT (A.6)

A l final dentro de la ecuación A.2 la incógnita es el valor de Q que es el calor que

entra o sale del electrolizador dependiendo si su valor es negativo o positivo respecti-

vamente. Para este caso el valor de Q es positivo ya que existe un exceso de energía

debido a que ingresa más energía de la necesaria en forma de trabajo para realizar la

electrólisis y que se convierte en calor.

1Las constantes a¿ se obtuvieron de la Tabla A.13 de [11]

Apéndice B

Datos de Insolación

Tabla de datos de insolación total global en superficie horizontal cortesía del Grupo

de Geotermia de Baja Temperatura, ITESM [8].

Tabla B . l : Insolación del 21 al 25 de Julio del 2007

Insolación g lobal en superficie horizontal [W/m2

]

Hora 21 Jul 2007 22 Jul 2007 23 Jul 2007 24 Jul 2007 25 Jul 2007

9:00 15.06 31.78 88.30 181.6 130.2

9:12 24.43 31.60 108.6 187.3 141.0

9:24 31.64 29.45 129.8 181.1 162.5

9:36 . , 35.38 33.30 163.3 298.7 192.1

9:48 44.37 47.77 127.1 399.3 197.6

10:00 53.17 59.41 145.5 443.4 186.4

10:12 57.54 81.10 121.2 425.9 362.0

10:24 47.88 128.4 150.4 368.9 233.2

10:36 67.42 179.2 180.0 467.1 503.4

108

109

Tabla B . l : (continúa...)


10:48 65.87 206.0 232.2 610.6 667.7

11:00 55.76 244.4 275.8 623.8 601.6

11:12 62.11 276.3 700.0 687.5 635.5

11:24 103.6 276.8 699.1 720.0 758.0

11:36 124.0 307.7 669.7 760.0 626.0

11:48 106.3 329.9 534.8 737.0 324.4

12:00 118.5 369.5 830.0 791.0 799.0

12:12 144.9 441.1 890.0 817.0 828.0

12:24 175.4 525.3 906.0 825.0 443.2

12:36 228.6 561.1 870.0 836.0 899.0

12:48 270.6 596.7 926.0 865.0 903.0

13:00 266.4 704.0 834.0 880.0 728.0

13:12 250.2 691.4 863.0 895.0 689.9

13:24 242.2 857.0 744.0 920.0 414.2

13:36 244.7 771.0 630.8 922.0 863.0

13:48 269.6 731.0 362.1 925.0 462.1

14:00 259.6 885.0 476.4 925.0 259.6

14:12 221.8 912.0 405.5 918.0 312.9

14:24 202.1- « 882.0 463.0 919.0 557.6

14:36 233.9 919.0 678.5 736.0 805.0

14:48 256.1 877.0 285.3 987.0 508.5

15:00 229.0 878.0 244.6 950.0 282.9

15:12 236.9 785.0 359.3 909.0 838.0

15:24 238.0 931.0 573.2 919.0 931.0

110

Tabla B . l : (continúa...)


15:36 270.3 926.0 500.1 901.0 533.0

15:48 292.9 190.5 568.5 866.0 435.8

16:00 283.6 167.1 598.3 762.0 660.0

16:12 309.3 98.0 248.4 785.0 736.0

16:24 285.0 87.10 477.7 639.9 608.3

16:36 268.2 123.2 170.6 626.8 730.0

16:48 261.0 237.9 339.2 573.5 669.8

17:00 217.4 318.9 170.0 693.4 340.1

Tabla B.2: Insolación del 26 al 30 de Julio del 2007

Insolación global en superficie horizontal [W7m 2]


9:00 137.8 167.6 84.50 86.30 141.1

9:12 186.7 224.8 76.40 104.2 108.3

9:24 303.7 259.0 160.1 111.0 162.6

9:36 311.4 409.5 259.4 124.8 207.1

9:48 259.0 439.0 324.9 126.7 249.9

10:00 244.6 33L9 407.4 208.6 274.2

10:12 335.1 378.1 335.3 202.1 384.4

10:24 521.5 320.0 495.8 185.2 483.0

10:36 397.8 294.2 526.3 297.4 418.7

10:48 559.2 441.5 579.4 435.0 316.3

11:00 703.0 736.0 535.1 561.3 361.8

111

Tabla B.2: (continúa...)


11:12 698.3 356.1 609.4 547.5 451.8

11:24 429.9 525.1 724.0 634.4 525.5

11:36 396.7 648.0 684.7 722.0 389.9

11:48 261.1 609.8 743.0 699.6 416.9

12:00 236.9 807.0 739.0 791.0 506.7

12:12 360.8 797.0 799.0 914.0 583.7

12:24 325.5 751.0 730.0 502.8 629.6

12:36 369.6 797.0 800.0 335.5 837.0

12:48 532.1 864.0 806.0 297.2 820.0

13:00 933.0 786.0 649.6 465.2 890.0

13:12 776.0 909.0 710.0 821.0 462.8

13:24 717.0 689.1 689.2 819.0 281.5

13:36 394.5 835.0 805.0 602.9 284.5

13:48 381.3 650.2 781.0 847.0 300.0

14:00 480.7 398.9 910.0 900.0 349.3

14:12 329.6 301.2 895.0 903.0 413.3

14:24 518.2 256.7 893.0 900.0 587.1

14:36 614.9 225.3 868.0 848.0 648.7

14:48 545.4 232.1 • .853.0 636.6 479.9

15:00 405.2 192.7 856.0 238.2 441.1

15:12 382.3 265.1 798.0 260.3 386.5

15:24 355.1 366.1 806.0 344.3 529.5

15:36 325.0 260.3 803.0 279.7 781.0

15:48 230.4 229.7 751.0 419.8 405.8

2
11
Tabla B .2: (continúa...)


16:00 218.9 230.2 733.0 323.5 283.6

16:12 229.2 204.2 636.0 515.9 306.4

16:24 260.2 193.2 467.9 670.0 337.1

16:36 197.8 275.1 377.7 402.3 332.4

16:48 156.3 300.1 157.1 331.3 284.8

17:00 175.6 174.1 475.0 69.85 290.8

Tabla B.3: Insolación del 31 de Julio al 4 de Agosto del 2007

Insolación global en superficie horizontal [VK/m2]

Hora 31 Jul 2007 01 Ago 2007 02 Ago 2007 03 Ago 2007 04 Ago 2007

9:00 115.3 122.8 173.8 110.8 64.01

9:12 124.6 157.5 130.5 111.4 87.00

9:24 174.3 143.9 154.6 108.7 105.3

9:36 196.4 164.0 223.0 123.0 204.6

9:48 238.0 136.9 373.0 112.5 354.8

10:00 392.7 232.4 396.1 208.6 381.4

10:12 412.7 316.4 406.6 330.6 327.1

10:24 317.3 424.5 467.4 454.3 402.1

10:36 416.0 386.8 552.2 446.6 498.3

10:48 316.5 507.7 505.2 589.0 542.9

11:00 452.0 592.1 617.0 630.7 572.4

11:12 447.1 541.6 636.2 615.5 678.0

11:24 597.8 728.0 669.9 692.2 713.0

113


Hora 31 Jul 2007 01 Ago 2007 02 Ago 2007 03 Ago 2007 04 Ago 2007

11:36 710.0 720.0 697.8 716.0 740.0

11:48 534.3 744.0 725.0 740.0 770.0

12:00 627.1 790.0 753.0 769.0 752.0

12:12 601.4 792.0 746.0 771.0 666.9

12:24 397.7 813.0 726.0 800.0 824.0

12:36 440.1 825.0 693.3 814.0 836.0

12:48 605.8 857.0 722.0 824.0 859.0

13:00 582.5 841.0 740.0 822.0 883.0

13:12 730.0 853.0 763.0 818.0 882.0

13:24 665.5 872.0 772.0 858.0 878.0

13:36 890.0 871.0 777.0 895.0 889.0

13:48 862.0 868.0 811.0 884.0 892.0

14:00 913.0 864.0 839.0 890.0 889.0

14:12 911.0 831.0 677.0 863.0 653.6

14:24 953.0 853.0 532.8 872.0 301.2

14:36 840.0 846.0 373.4 600.2 437.4

14:48 638.7 858.0 460.9 717.0 436.8

15:00 826.0 841.0 704.0 884.0 697.1

15:12 380.1 827.0 653.0 557.2 327.9

15:24 311.8 807.0 591.3 427.6 369.4

15:36 511.6 804.0 696.0 551.0 419.4

15:48 467.0 780.0 638.5 433.3 773.0

16:00 287.2 737.0 270.3 359.8 762.0

16:12 394.6 732.0 225.7 725.0 734.0

114


Tabla B.4: Insolación del 5 al 9 de Agosto del 2007

Insolación global en superficie horizontal \W/m2

Hora

9:00

9:12

9:24

9:36

9:48

10:00

10:12

10:24

10:36

10:48

11:00

11:12

11:24

11:36

11:48

05 Ago 2007

152.7

144.5

237.8

264.6

210.0

261.3

235.5

223.9

319.5

286.8

541.5

639.7

497.9

521.7

533.3

01 Ago 2007

06 Ago 2007

133.1

161.5

218.5

267.2

362.2

394.9

458.7

537.9

574.9

609.1

642.4

674.0

712.0

741.0

777.0

02 Ago 2007

07 Ago 2007

98.90

113.7

237.8

283.8

397.0

431.8

304.3

273.3

356.8

309.0

480.7

693.5

736.0

712.0

762.0

03 Ago 2007

08 Ago 2007

116.4

114.4

107.9

157.8

284.9

345.8

301.0

254.4

232.1

234.2

295.7

406.1

684.0

687.5

703.0

04 Ago 2007

554.7

647.3

612.6

546.4

09 Ago 2007

85.20

119.0

138.3

235.5

405.0

421.2

498.3

544.1

582.9

*605.7

644.5

612.0

696.9

721.0

765.0

115

Tabla B .4 : (continúa...)

Hora 05 Ago 2007 06 Ago 2007 07 Ago 2007 08 Ago 2007 09 Ago 2007

12:00 583.5 801.0 602.4 853.0 796.0

12:12 459.0 821.0 806.0 851.0 814.0

12:24 845.0 843.0 573.3 836.0 830.0

12:36 856.0 860.0 864.0 874.0 838.0

12:48 862.0 869.0 527.5 873.0 856.0

13:00 875.0 873.0 863.0 862.0 856.0

13:12 871.0 868.0 888.0 874.0 862.0

13:24 888.0 893.0 900.0 881.0 860.0

13:36 887.0 901.0 913.0 889.0 865.0

13:48 894.0 923.0 902.0 886.0 867.0

14:00 884.0 911.0 902.0 883.0 847.0

14:12 888.0 943.0 844.0 879.0 848.0

14:24 874.0 851.0 892.0 871.0 867.0

14:36 862.0 697.0 890.0 868.0 846.0

14:48 851.0 901.0 881.0 874.0 846.0

15:00 836.0 873.0 872.0 808.0 852.0

15:12 819.0 863.0 882.0 873.0 743.0

15:24 810.0 850.0 857.0 879.0 320.4

15:36 789.0 823.0 886.0 887.0 227.2 • .

15:48 631.4 782.0 929.0 864.0 358.6

16:00 543.6 757.0 865.0 815.0 802.0

16:12 641.8 728.0 630.1 777.0 730.0

16:24 668.2 694.5 756.0 721.0 663.5

16:36 675.1 666.8 729.0 678.9 655.8

116



16:48 660.0 631.2 690.4 640.8 622.2

17:00 642.0 602.1 633.7 620.0 575.2


Insolación global en superficie horizontal [W/m 2 ]

Hora 10-Ago-2007 11-Ago-2007 12-Ago-2007 13-Ago-2007 14-Ago-2007

9:00 133.2 86.90 79.0 82.90 105.2

9:12 178.5 138.0 104.7 93.80 120.0

9:24 210.6 144.6 137.5 144.4 148.0

9:36 262.2 231.0 241.4 219.1 131.2

9:48 432.9 403.0 417.1 385.9 193.9

10:00 424.6 443.0 442.2 418.3 365.1

10:12 485.2 486.6 481.2 460.1 465.3

10:24 537.6 533.7 518.6 503.2 489.0

10:36 527.9 444.3 568.6 547.7 529.8

10:48 544.3 576.9 617.6 613.3 596.9

11:00 649.2 646.2 657.2 644.1 634.4

11:12 602.8 689.2 687.2 688.1 654.4

11:24 719.0 701.0 718.0 721.0 704.0

11:36 739.0 675.8 745.0 742.0 766.0

11:48 771.0 771.0 770.0 779.0 790.0

12:00 798.0 793.0 799.0 810.0 742.0

12:12 810.0 825.0 834.0 827.0 538.5

117

Tabla B . 5 : (continúa...)

Hora 10-Ago-2007 ll-Ago-2007 12-Ago-2007 13-Ago-2007 14-Ago-2007

12:24 843.0 752.0 860.0 841.0 896.0

12:36 856.0 764.0 858.0 867.0 913.0

12:48 857.0 933.0 608.9 875.0 929.0

13:00 864.0 818.0 642.1 887.0 940.0

13:12 891.0 734.0 659.5 897.0 939.9

13:24 892.0 652.4 391.8 888.0 937.0

13:36 913.0 843.0 473.4 910.0 911.0

13:48 904.0 922.0 764.0 842.0 904.0

14:00 889.0 635.3 930.0 656.6 892.0

14:12 900.0 768.0 762.0 903.0 872.0

14:24 873.0 566.6 718.0 903.0 909.0

14:36 890.0 451.7 843.0 625.3 906.0

14:48 862.0 249.2 467.7 364.4 899.0

15:00 853.0 181.1 464.5 847.0 877.0

15:12 820.0 574.8 653.4 474.6 883.0

15:24 826.0 442.7 669.6 435.0 842.0

15:36 790.0 835.0 741.0 776.0 848.0

15:48 764.0 588.8 732.0 368.7 486.9

16:00 736.0 578.4 725.0 532.1 487.3

16:12 728.0 373.5 646.5 430.2 678.3

16:24 691.2 560.6 727.0 433.5 688.2

16:36 670.4 354.4 739.0 373.5 653.4

16:48 617.4 210.1 517.7 590.7 599.6

17:00 567.0 132.8 479.7 520.3 447.5

118

: Insolación del 15 al 19 de Agosto del 2007

global en superficie horizontal [W7ra2]

Hora

9:00

9:12

9:24

9:36

9:48

10:00

10:12

10:24

10:36

10:48

11:00

11:12

11:24

11:36

11:48

12:00

12:12

12:24

12:36

12:48

13:00

13:12

13:24

Tabla B.6

Insolación

15-Ago-2007

100.0

111.5

141.8

299.3

362.1

403.8

456.6

473.5

194.8

434.7

207.8

194.2

674.4

778.0

468.7

586.4

763.0

902.0

864.0

921.0

910.0

933.0

809.0

16-Ago-2007

85.7

108.2

132.0

223.1

353.1

339.5

407.7

466.8

496.5

541.8

602.1

644.1

687.3

734.0

755.0

560.7

797.0

831.0

844.0

872.0

695.9

871.0

882.0

17-Ago-2007

113.2

134.2

152.1

214.8

320.7

272.4

330.6

537.6

619.2

614.9

733.0

714.0

773.0

731.0

774.0

784.0

783.0

828.0

854.0

867.0

885.0

735.0

795.0

18-Ago-2007

128.3

148.8

174.9

279.5

434.4

433.9

496.4

538.2

595.3

559.6

567.3

704.0

735.0

765.0

796.0

836.0

833.0

856.0

902.0

883.0

650.4

371.5

694.4

19-Ago-2007

92.0

96.5

102.5

127.0

165.3

194.8

212.0

220.5

285.4

474.2

531.5

616.6

702.0

709.0

764.0

699.0

820.0

842.0

836.0

853.0

867.0

870.0

858.0

119


Hora 15-Ago-2007 16-Ago-2007 17-Ago-2007 18-Ago-2007 19-Ago-2007

13:36 908.0 889.0 924.0 1010.0 875.0

13:48 911.0 888.0 921.0 993.0 905.0

14:00 938.0 878.0 923.0 931.0 872.0

14:12 845.0 896.0 921.0 882.0 870.0

14:24 943.0 860.0 862.0 769.0 863.0

14:36 898.0 849.0 902.0 976.0 835.0

14:48 931.0 841.0 896.0 841.0 837.0

15:00 942.0 824.0 870.0 698.1 495.7

15:12 923.0 819.0 845.0 578.9 788.0

15:24 592.2 810.0 767.0 850.0 744.0

15:36 389.5 789.0 856.0 857.0 795.0

15:48 742.0 682.2 726.0 822.0 779.0

16:00 794.0 693.5 787.0 837.0 717.0

16:12 254.8 686.4 592.8 769.0 680.0

16:24 243.3 638.7 699.3 739.0 657.0

16:36 615.2 454.2 625.4 706.0 602.9

16:48 312.6 295.5 554.5 672.2 586.9

17:00 353.0 258.7 527.3 656.1 547.5


Insolación global en superficie horizontal [W/m 2 ]

Hora 20 Ago 2007 21 Ago 2007 22 Ago 2007 23 Ago 2007 24 Ago s2007

9:00 140.0 111.6 80.0 97.4 128.6

120



9:12 121.4 129.0 67.13 107.5 111.1

9:24 167.5 155.8 113.9 150.7 130.0

9:36 280.4 275.0 224.3 232.0 111.7

9:48 402.4 200.1 366.8 328.1 270.9

10:00 352.9 235.2 446.9 382.5 313.3

10:12 447.4 444.3 359.3 382.6 276.4

10:24 448.3 367.7 258.7 409.4 350.2

10:36 589.4 356.7 235.9 252.4 222.4

10:48 534.0 552.7 257.6 629.0 190.4

11:00 634.0 686.3 302.5 566.2 299.0

11:12 586.7 724.0 295.2 661.9 663.2

11:24 757.0 837.0 354.6 400.1 680.0

11:36 801.0 577.2 571.7 491.3 736.0

11:48 828.0 800.0 316.0 528.1 774.0

12:00 814.0 773.0 346.9 430.0 826.0

12:12 822.0 517.9 568.8 888.0 786.0

12:24 840.0 757.0 324.8 489.2 898.0

12:36 830.0 904.0 896.0 281.2 917.0

12:48 886.0 774.0 1046.0 508.7 882.0

13:00 875.0 962.0 339.0 667.5 895.0

13:12 885.0 669.1 357.4 375.9 918.0

13:24 890.0 958.0 396.7 514.4 847.0

13:36 882.0 381.5 384.8 795.0 889.0

13:48 891.0 811.0 349.6 328.1 950.0

121



14:00 883.0 845.0 245.9 460.2 952.0

14:12 890.0 890.0 441.4 419.8 1009.0

14:24 890.0 679.7 850.0 602.4 945.0

14:36 882.0 822.0 844.0 716.0 964.0

14:48 900.0 505.8 660.4 702.0 972.0

15:00 367.7 586.2 670.1 805.0 913.0

15:12 231.4 371.5 610.9 817.0 926.0

15:24 500.9 272.9 559.3 436.3 901.0

15:36 518.7 282.9 542.2 386.2 866.0

15:48 355.0 447.9 492.2 279.8 855.0

16:00 580.5 397.1 584.1 620.1 839.0

16:12 738.0 404.7 561.0 547.8 802.0

16:24 728.0 479.9 478.5 692.6 783.0

16:36 684.5 370.1 671.6 589.7 653.7

16:48 596.3 446.5 489.3 487.7 666.6

17:00 533.5 343.6 424.0 431.5 599.1

Tabla B .8: Insolación del 25 al 30 de Agosto del 2007

Insolación global en superficie horizontal [W/m2]

Hora 25 Ago 2007 26 Ago 2007 27 Ago 2007 28 Ago 2007 29 Ago 2007 30 Ago 2007

9:00 132.3 103.1 151.1 26.93 64.95 72.80

9:12 126.6 87.8 124.6 26.41 67.04 144.4

9:24 135.5 131.8 205.0 23.29 95.0 188.5

122



9:36 114.5 221.2 174.9 21.59 232.0 293.8

9:48 105.4 221.7 142.0 40.13 415.1 388.1

10:00 165.0 246.0 196.2 54.34 214.9 256.5

10:12 385.6 170.2 267.9 61.67 205.9 256.6

10:24 510.4 391.4 173.2 56.77 280.1 494.3

10:36 541.5 567.2 231.0 55.58 368.4 611.1

10:48 578.7 643.5 200.5 73.10 434.4 674.8

11:00 683.2 532.0 451.1 98.30 399.2 618.2

11:12 684.1 400.0 405.1 114.0 306.6 741.0

11:24 720.0 682.1 389.7 120.4 370.9 757.0

11:36 752.0 626.4 139.4 133.6 456.8 762.0

11:48 783.0 838.0 56.75 146.2 404.4 848.0

12:00 834.0 808.0 148.4 159.0 456.3 845.0

12:12 846.0 909.0 92.0 186.4 580.5 870.0

12:24 739.0 835.0 115.3 170.0 544.6 775.0

12:36 854.0 994.0 117.9 166.4 578.2 933.0

12:48 863.0 586.3 82.5 187.1 471.5 953.0

13:00 886.0 589.9 104.5 208.3 539.3 989.0

13:12 900.0 981.0 59.54 221.8 480.0 415.7

13:24 908.0 561.4 103.1 225.9 614.9 545.4

13:36 922.0 408.6 172.9 207.4 651.1 853.0

13:48 861.0 476.9 259.6 193.3 556.0 664.5

14:00 779.0 556.6 290.0 171.5 471.5 927.0

14:12 610.1 401.8 323.1 155.2 455.0 683.8

123



14:24 384.1 254.5 241.5 179.4 317.9 822.0

14:36 236.3 254.8 185.1 204.7 301.3 969.0

14:48 243.4 279.9 157.4 173.9 309.7 311.4

15:00 527.1 323.3 163.7 181.2 226.0 246.6

15:12 814.0 362.7 240.0 210.6 217.8 624.7

15:24 839.0 385.8 263.7 237.4 269.5 625.7

15:36 676.3 315.9 228.2 292.9 384.5 221.8

15:48 531.4 347.3 203.8 260.6 285.3 210.4

16:00 390.2 370.7 296.4 233.7 141.2 188.1

16:12 320.3 344.9 442.8 218.9 86.20 170.2

16:24 397.2 330.0 412.7 218.8 99.40 94.20

16:36 89.6 278.6 235.1 215.2 71.60 84.60

16:48 245.8 293.2 117.1 205.4 70.30 86.80

17:00 113.2 344.9 165.8 163.7 127.0 175.5

Apéndice C

Análisis económico

En las tablas C.1,C.2,C.3 se presentan los materiales que fueron utilizados para la

construcción de cada parte del sistema de producción de hidrógeno, así como sus costos

unitarios y subtotales. Para los paneles fotovoltaicos puede verse que el costo principal

esta en las celdas solares, que representan más de la mitad (aproximadamente 56%).

Tabla C.l: Costos del material utilizado para fabricar los paneles fotovoltaicos

PANELES FOTOVOLTAICOS

Cantidad Concepto Costo unitario Costo total

2 Láminas de aluminio — 1,325.81

4 Barras de aluminio — 578.02

2 Nylon 30.00 60.00

45 Celdas Fotovoltaicas — 4,195.16

Im Cobre Cal lOmil — 75.00

2m Cobre Cal 20mil — 25.00

1 Pegamento silicón 40.87 47.00

124

125

Tabla C . l : (continúa...)


0.5 Hule rojo (SBR) 194.70 97.35

4 Tornillos Ac. Inox 20.91 83.63

4 Tuercas Ac. Inox 11.50 46.00

2 Arandelas Ac. Inox 9.20 18.40

1 Soldadura 60/40 Estaño-Plomo 58.00 58.00

1 Pasta para soldar 9.00 9.00

1 Aerifico 265.00 265.00

2 Caja de platico 50.00 100.00

lOm Cable rojo 12 AWG 16.00 160.00

lOm Cable negro 12 AWG 16.00 160.00

20 Terminales eléctricas 0.74 14.80

1 Lijas de agua — 5.00

1 Segueta — 5.00

1 Tubo aislante contráctil 19.55 19.55

1 Kester flux pen 59.25 59.25

TOTAL 7,406.97

Para el electrolizador puede verse en la tabla C.2 que no es muy caro los materiales

para construirlo. Aunque, para posibles mejoras, será importante conseguir materiales

que soporten la corrosión debida al KOH, que tengan larga vida y, sobretodo, que no

sean tan caros.

126

Tabla C.2: Costos del material utilizado para fabricar el electrolizador

ELECTROLIZADOR


8 Tapas PVC 3" 41.96 335.68

1 Tubo de PVC — 155.62

paq Conector tipo espiga Kynar (PVDF) 1 /2" — 71.71

paq Conector tipo espiga Kynar (PVDF) 1/2" - 3/8" — 47.52

paq Conector tipo espiga Kynar (PVDF) 3/8" — 61.88

2 Conector tipo espiga-rosca Kynar (PVDF) 1/2" - 3/8" — 107.56

929 Malla Ac. Inox 304 200JT200 0.03 26.23


1 Empaque de hule 1" 2.65 2.65

1 Empaque de hule 3/4" 2.00 2.00

2 Pegamento epóxico 40.24 80.48

TOTAL 938.32

El material que se utiliza para el sistema de purificación puede cambiar de-

pendiendo de la aplicación o uso que se le dará al hidrógeno. Para una celda de

combustible o para combustión directa es necesario agregar un regulador, un compre-

sor y un tanque para su almacenamiento con lo que el costo de este sistema aumentaría.

127

Tabla C.3: Costos del material utilizado para fabricar el sistema de purificación del hidrógeno

SISTEMA DE PURIFICACIÓN


4 Válvula esfera PVC 1/2" 24.15 96.60

1 Válvula check PVC 1/2" 153.84 153.84

1 Pegamento para PVC 1/8 LT 22.28 22.28

4 Adaptador hembra PVC 1/2" 2.22 8.88

16 Adaptador macho PVC 1/2" 3.48 55.75

1 Tubo PVC 1/2" 7.23 7.23


2 Hidróxido de potasio 170.09 340.17

1 Agua destilada 20LT 161.00 161.00

20 Abrazadera Ac. Inox 3.06 61.18

3 Válvula esfera 1/2" Bronce 36.72 110.16

9 Manguera poliuretano base ether 3/8" 39.95 359.51

9 Manguera industrial 1/2" 6.82 61.38

2 Cinta teflón 3.91 7.82

1 Pegamento epóxico 40.24 40.24

TOTAL 1,533.03

128

Con lo anterior, el precio total de este sistema de producción de hidrógeno costo

9,878.32. Tomando en cuenta los resultados de las mediciones, realizadas durante

Julio y Agosto del 2007, este sistema produjo en promedio 0.9 Lt/hr con un factor

de planta de 4 hr/dia, esto es 17 kWh/dia o 1020 kWh durante los dos meses de

operación. Con esta información se puede calcular el precio del hidrógeno producido

que es de 9.685 %/kWh, esto es unas 4 veces más que la tarifa DAC ( « %/kWh) 1 .

Comisión Federal de Electricidad, http://www.cfe.gob.mx

http://www.cfe.gob.mx

Bibliografía

[1] Philip A. Schweitzer. Corrosión Resistance Tables: metáis, non metáis, coatings,

mortars, plastics, elastomers and linings, and fabrics, 3rd edition, revised and

expanded edition, 1991.

[2] DuPont Performance Elastomers. Chemical resistance guide. Internet, 2007.

http://www.dupontelastomers.com/Header/index.asp.

[3] M. M. Eisenstadt and K. E. Cox. Hydrogen production from solar energy. Solar

Energy, 17:59-65, 1975.

[4] D. Steinmetz D. Steve, C. Ganibal and A. Vialaron. Performance of a photovoltaic

electrolysis system. International Journal of Hydrogen Energy, 7(9) :711-716, 1982.

[5] Jim Healy & Reynaldo Cortez Walt Pyle. Solar hydrogen production by electroly-

sis. Home Power, 39:32-38, 1994.

[6] Phill ip Hurley. Build A Solar Hydrogen Fuel Cell System. Wheelock Mountain

* Publications, 2004.

[7] Frank Kreith and Jan F. Kreider. Principies of Solar Engineering. Series in

Thermal and Fluids Engineering. McGraw-Hill, 1978.

[8] Ángel Valerio. Insolación global en superficie horizontal. Reporte, 2007. Grupo

de Geotermia de Baja Temperatura.

129

http://www.dupontelastomers.com/Header/index.asp

Bibliografía 130

[9] T. Ohta and T.Ñ. Veziroglu. Hydrogen production using solar radiation. Interna-

tional Journal of Hydrogen Energy, 1:255-263, 1976.

[10] Theodore Brown. Química: La ciencia central. Prentice Hall, 7ma. edition, 1998.

[11] Stephen R. Turns. An Introduction to Combustión: Concepts and Applications.

McGraw-Hill, second edition, 2000.

[12] J. Gretz. On the potential of solar energy conversión into hydrogen and/or other

fuels. International Journal of Hydrogen Energy, 5:269-280, 1980.

[13] E. Bilgen and C. Bilgen. Solar synthetic fuel production. International Journal

of Hydrogen Energy, 6(4):349-362, 1981.

[14] C. Carpetis. A study of water electrolysis with photovoltaic solar energy conver-

sión. International Journal of Hydrogen Energy, 7(4):287-310, 1982.

[15] D. Dini. Hydrogen production through solar energy water electrolysis. Interna-

tional Journal of Hydrogen Energy, 8(l l/12):897-903, 1983.

[16] C. Carpetis. An assessment of electrolytic hydrogen production by means of pho-

tovoltaic energy conversión. International Journal of Hydrogen Energy, 9(12) :969-

991, 1984.

[17] M. Fisher. Review of hydrogen production with photovoltaic electrolysis systems.

International Journal of Hydrogen Energy, 11(8):495-501, 1986.

[18] V. E. Kazarinov Yu. I. Kharkats, E. D. Germán and A. G. Pshenichnikov. Hy-

drogen production by solar energy: Optimization of the plant „ solar erray +

electrolyzer,,. International Journal of Hydrogen Energy, 11(10):617-621, 1986.

[19] A. Siegel and T. Schott. Optimization of photovoltaic hydrogen production. In-

ternational Journal of Hydrogen Energy, 13(ll):659-675, 1988.

Bibliografía 131

[20] Joan M. Ogden. Cost and performance sensitivity studies for solar photovol-

taic/electrolytic hydrogen systems. Solar Cells, 30:515-523, 1991.

[21] O. M. Salamov M. P. Rzayeva and M. K. Kerimov. Modeling to get hydrogen

and oxygen by solar water electrolysis. Intenational Journal of Hydrogen Energy,

26:195-201, 2001.

[22] G. E. Ahmad and E. T. Shenawy. Optimized photovoltaic system for hydrogen

production. Renewable Energy, 31:1043-1054, 2006.

[23] Francois Cardarelli. Materials Handbook: A consice desktop reference. Springer,

2000.

[24] José A. Manrique. Energía Solar: fundamentos y aplicaciones fototérmicas. HAR-

LA, 1984.

[25] Jesús José González Villafaña. Convección natural en sistemas interconectados.

Master's thesis, ITESM, Mayo 2006.

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