Preparacin de Informes en formato IEE

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ELECTROLIZADORRESUMEN: En este proyecto se desarrollara un generador de hidrogeno, con la finalidad de a travs del voltaje inducido por las placas de acero inoxidable separa las molculas del agua proporcionando hidrogeno la cual nos servir para las necesidades energticas por combustibles fsiles tales como el carbn, el petrleo o el gas natural para reducir esta dependencia de estos combustibles fsiles que tenemos en la actualidad para obtener un balance energticoPALABRAS CLAVE: Electrolisis, Hidrogeno, Burbujeador, H2O., I. INTRODUCCIN

El desarrollo de nuevas fuentes de energa ser una de las tareas principales del siglo 21, como las necesidades de energa aumentan, los recursos de la decadencia de carbn, petrleo y gas, y el cambio climtico se acelera. La tecnologa del hidrgeno es particularmente importante en este sentido. Las pilas de combustible permiten que la electricidad se produzca directamente a partir de hidrgeno y oxgeno. Su nico residuo es agua.

Las clulas contenidas en nuestros conjuntos pueden hacer ambas cosas: generar electricidad y producir hidrgeno. Permiten todas las etapas del ciclo del hidrgeno solar que se explicarn claramente a travs del desarrollo del proyecto. Describen un principio simple, que trabaja en escalas pequeas y grandes, y al hacerlo, conserva los recursos y ayuda al medio ambiente. No es de extraar entonces que todos los expertos en la tecnologa la utilizacin del hidrogeno puede predecir excelentes perspectivas para el futuro.

II. MARCO TEORICO.

Caracterizacin del Hidrgeno

El hidrgeno es un gas incoloro, inodoro, inspido, no es detectable en ninguna concentracin por los sentidos humanos, no es toxico pero puede resultar asfixiante al diluir el oxigeno necesario en el aire respirable y es altamente flamable y reactivo; es el elemento de menor masa atmica y es ms liviano que el aire.

Un tomo de hidrgeno tiene nicamente un protn y un electrn. Adems es el elemento qumico ms abundante en el universo, con un 90% del universo en peso, y el tercero ms abundante en la Tierra.

El hidrgeno puro se presentan en forma de molculas diatmicas (H2); sin embargo, en la naturaleza se encuentra principalmente en forma combinada debido a su gran reactividad, formando una gran cantidad de compuestos que incluyen el agua, hidrocarburos, protenas, cidos, etc.

Electrlisis del agua

Tomando de partida la consideracin de que la molcula de agua se disocia muy dbilmente:

H2O OH- + H+

OH- : in hidrxido; H+ : in hidrgeno

La electrlisis del agua consiste en su descomposicin en hidrgeno y oxgeno cuando la corriente elctrica para a travs de ella. Para ello hay que hacer al agua conductora, a la que aadiremos un electrolito.

La reaccin de la electrlisis del agua va a ser la suma de dos procesos: uno de oxidacin, que es el proceso andico y ocurre en el nodo o polo positivo, y otro de reduccin, que es el proceso catdico y ocurre en el ctodo o polo negativo.

PROCESO ANDICO (OXIDACIN):

2OH- H2O + O2 + 2e-

PROCESO CATDICO (REDUCCIN):

2H2O + 2e- 2OH- + H2Al mezclar hidrxido de sodio con agua, este se disociar debido a sus propiedades elctricas.

Entonces tendrs un in sodio unido al polo negativo de las molculas de agua, por una unin muy dbil, un in hidrxido de la misma forma, agua y en proporciones muy pero muy pequeas, otro ion, llamado ion hidronio, que no se conoce porqu se produce pero est presente en este tipo de soluciones.

NaOH + H2O Na+ + OH- + H2O + calor

Estructura del tomo

Recordemos que el tomo est constituido por un ncleo, con protones de carga positiva, neutrones de carga neutra y electrones con carga negativa que giran alrededor del ncleo.

Para que un electrn se mueva de una rbita interna a otra ms externa necesita recibir una cierta cantidad de energa. Si esta es insuficiente, permanece en su orbital; y, si la energa es suficiente puede saltar al orbital siguiente o quedar libre. Si la energa es excesiva puede liberarse ms de un electrn o eliminarse como prdidas en forma de calor. El caso contrario ocurre si un electrn de un orbital exterior salta a uno interior, en este caso libera energa. Por lo general esa energa adicional proviene de los fotones.

La corriente elctrica es justamente un flujo de electrones libres en un circuito elctrico. Al liberarse un electrn de un tomo, queda un hueco (falta de un electrn) y el tomo se convierte en un in de carga positiva, por ello se dice que se genera una pareja electrn-hueco.

Celdas electroqumicas

En los conductores metlicos, el transporte de la corriente elctrica tiene lugar debido al movimiento de los electrones del metal bajo la accin de una diferencia de potencial. Por tratarse de un solo tipo de transportador (electrones), puede considerarse al conductor electrnico como homogneo y para l es vlida la Ley de Ohm:

En el caso de las disoluciones electrolticas, la corriente es transportada por los iones de la disolucin.

Los metales de una celda reciben el nombre de electrodos y la solucin qumica se llama electrolito. El electrolito reacciona de una manera opuesta con cada uno de los electrodos. Hace que un electrodo pierda electrones y produzca una carga positiva; y que el otro electrodo acumule un sobrante de electrones originando una carga negativa. A diferencia de potencial que se produce entre las dos cargas de los electrodos es un voltaje de celda.

Unin n-p

Al unir los dos tipos de semiconductores n y p los niveles de Fermi se alinean y se produce en una primera instancia un intercambio rpido de iones (positivos y negativos) entre los dos materiales.

Los niveles de Fermi iniciales de los materiales separados se mueven: en el caso del material tipo p asciende hacia la banda de conduccin, adquiriendo un potencial negativo (de Efo-p a Ef); y para el material tipo n desciende a la banda de valencia, con un potencial positivo (de Efo-n a Ef).

Se ha formado en la unin una diferencia de potencial o campo elctrico entre los dos materiales. El nivel de energa (o voltaje) en la zona prohibida Eg se reduce por los voltajes Vn y Vp. Para el caso de una unin n-p con silicn dopado Vn+Vp 0,3V, por lo que el voltaje de la unin VB sin aplicar una corriente externa es de aproximadamente 0,8 V.

Debido a la temperatura, en la zona de intercambio se produce un flujo de electrones desde el material n hacia el p y por ende una corriente de generacin Ig.

Para mantener el equilibrio elctrico en el material, se crea una corriente de recombinacin Ir de igual magnitud y sentido opuesto a Ig,

Si aplicamos un voltaje hacia delante (forward bias) V a los extremos del material pn,se incrementa el voltaje Vp y, por ende, la corriente Ir. Si se aplica un voltaje hacia atrs (reverse bias) se aumenta el voltaje Vn y se reduce la corriente Ir hasta cero. Se forma entonces una especie de compuerta electrnica que solo permite el paso de la corriente en un sentido: es decir un diodo

LEYE DE FARADAYEl aspecto cuantitativo, referente a la relacin entre la cantidad de electricidad que pasa por una solucin, respecto al material y los fenmenos electrolticos.

Sus dos leyes, designadas en su honor como leyes de Faraday y que son las leyes fundamentales que expresan las reglas que rigen en la electrlisis, se pueden formular de la siguiente frmula.

La cantidad de sustancia transformada qumicamente por medio electroltico, o separada sobre cualquiera de los electrodos, es proporcional a la cantidad de electricidad que ha pasado del electrodo correspondiente al electrodo opuesto, o en sentido inverso.

Las cantidades de sustancias puestas en libertad en los distintos electrodos por las mismas cantidades de electricidad (o en cualquier forma transformadas qumicamente), guardan entre si la misma relacin de sus pesos equivalentes o equivalentes qumicos, es decir, a sus masas atmicas divididas por sus valencias.

III. Procedimiento

ELEMETOS PARA LA CONSTRUCCIN -Planchas de acero inoxidable de la mejor calidad, se recomienda que la calidad sea 316 ya que esta soporta la corrosin ms que las dems, las lminas de acero inoxidable 304 tambin puede servir, pero su desgaste es mucho ms rpido, pero de igual manera sirve.

-O-rings

-Dos lminas de acrlico

-Tornillos con sus respectivas roscas y arandelas.

-Acoples para manguera espina de pescado (si puede encontrarlos del material de tefln mejor)

-Uno a Dos Jarrones

-Vlvulas de seguridad (arresta-llamas), pero si vas a usar Burbujeadores no hay necesidad

Rel de carga.

-Abrazaderas.

-Sosa caustica (KOH) si pueden conseguirla al 90% de pureza mucho mejor.

-Agua destilada.CONSTRUCCIN Empezamos con la lminas de acero inoxidable, en este caso es de calidad 316, aunque de igual manera sirve una de 314, pero esta ltima no resiste tanto a la corrosin

Le abrimos los agujeros pertinentes a cada una de las lminas, hay que tener cuidado a la hora del ensamble ya que ser importante configurarlas bien. Los planos de las lminas estn a continuacin:

Especificaciones:

Laminas positivas y negativas

(Son iguales, simplemente se giran para hacer la polaridad):

Cantidad: 5

Positivas: 2

Negativas: 3

Agujeros: 4

Dimensiones: 13,45 cm

Neutras:

Cantidad: 16

Agujeros: 3

Dimensiones: 13,45 cm Pulimos las lminas quitndole las impurezas y dems compuestos aislantes que puedan ocasionar un mal funcionamiento del dispositivo

Las lminas de acrlico hacen un papel importante, al ser transparente podemos llevar un control de la cantidad que tiene el dispositivo cuando tiene el lquido, sirve de soporte de todo el modulo y es resistente al calor.

Ya con eso procedemos a ponerles los acoples para manguera, en los agujeros donde sern los que entra el lquido y sale el gas, se sellan con alguna crema que soporte temperaturas altas, esto se hace para que no tenga ningn escape, sea hermtico y la reaccin y la potencia sean ms efectivos.

Procedemos a ensamblar el acrlico, los O-rigns y todo lo dems

El burbujeador: La funcin que tiene el burbujeador aparte de evitar que la espuma (si llega a generar) es para evitar un accidente, por si se llega a generar fuego, se apague cuando llegue al burbujeador, ya que el agua lo separa del resto del circuito del generador.

IV. Conclusiones La eficiencia del electrolizador es relativamente baja de un 16% considerando cada uno de los cambios a la que se encuentra sometida la energa, desde energa solar, a energa elctrica y qumica para la obtencin de hidrgeno. A un menor tiempo de respuesta, al empezar la electrlisis en la solucin electroltica aumenta la produccin de hidrgeno, por esta razn el medio ms adecuada para la electrolisis es una solucin al 20% de sosa caustica (NaOH) en agua desmineralizada.

La produccin de hidrgeno depende de forma directa de la distancia que existen entre cada uno de los electrodos como tambin de los materiales que se encuentran conformados los mismos

V. Recomendaciones

El gas que se obtiene es un potente explosivo. Si no fuera as, no podra hacer el trabajo de mejorar la produccin de hidrogeno. El gas generado necesita ser tratado con respecto y la precaucin. Es importante cerciorarse utilizar el voltaje adecuado ya que depende del voltaje inducido para generar hidrogeno.

No se debe generar el gas hidrgeno en un ambiente cerrado, ya que puede ser daino para el hombre.VI. REFERENCIAS

http://www.ingenieriaquimica.net/articulos/302-produccion-de-hidrogeno-mediante-electrolizadores-estado-del-arte-de-la-tecnologia-electrolizadore

http://www.ehowenespanol.com/construir-generador-hidrogeno-automoviles-como_1701/

http://hidrocarecologico.com/2013/10/22/pasos-para-sacar-el-maximo-rendimiento-a-su-sistema-generador-de-hidrogeno/

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