Serie: Recursos didácticos

Tapa:Imagen combinada de la Supernova Remnamt captadapor el telescopio Hubble - NASA.

a u t o r i d a d e s

PRESIDENTE DE LA NACIÓN

Dr. Néstor Kirchner

MINISTRO DE EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍA

Lic. Daniel Filmus

SECRETARIO DE EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍA

Prof. Alberto E. Sileoni

DIRECTORA EJECUTIVA DEL INSTITUTO NACIONAL DE

EDUCACIÓN TECNOLÓGICA

Lic. María Rosa Almandoz

DIRECTOR NACIONAL DEL CENTRO NACIONAL DE

EDUCACIÓN TECNOLÓGICA

Lic. Juan Manuel Kirschenbaum

Pila de combustible

Mónica Alegría

Alegría, MónicaPila de combustible / Mónica Alegría; coordinado por Juan ManuelKirschenbaum.- 1a ed. - Buenos Aires: Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología de laNación. Instituto Nacional de Educación Tecnológica, 2005.112 p.; 22x17 cm. (Recursos Didácticos; 20)

ISBN 950-00-0528-X

1. Hidrógeno-Energía. 2. Fuel Cell.I. Kirschenbaum, Juan Manuel, coord. II. Título

CDD 665.81

Fecha de catalogación: 3/11/2005

Impreso en Gráfica Pinter S. A., México 1352 (C1097ABB), Buenos Aires,en noviembre 2005

Tirada de esta edición: 3.000 ejemplares

Colección Serie “Recursos didácticos”.Coordinadora general: Haydeé Noceti.

Distribución de carácter gratuito.

Queda hecho el depósito que previene la ley n° 11.723. © Todos los derechosreservados por el Ministerio de Educación, Ciencia y Técnologia - InstitutoNacional de Educación Tecnológica.

La reproducción total o parcial, en forma idéntica o modificada por cualquiermedio mecánico o electrónico incluyendo fotocopia, grabación o cualquier sis-tema de almacenamiento y recuperación de información no autorizada en formaexpresa por el editor, viola derechos reservados.

Industria Argentina.

ISBN 950-00-0528-X

Instituto Nacional de Educación TecnológicaCentro Nacional de Educación TecnológicaCeNET-Materiales

Serie: “Recursos didácticos”

1 Invernadero automatizado

2 Probador de inyectores y motores paso a paso

3 Quemador de biomasa

4 Intercomunicador por fibra óptica

5 Transmisor de datos bidireccional por fibre óptica, entre computadoras

6 Planta potabilizadora

7 Medidor de distancia y de velocidad por ultrasonido

8 Estufa de laboratorio

9 Equipamiento EMA -Características físicas de los materiales de construcción-

10 Dispositivo para evaluar parámetros de líneas

11 Biodigestor

12 Entrenador en lógica programada

13 Entorno de desarrollo para programación de microcontroladores PIC

14 Relevador de las características de componenetes semiconductores

15 Instalación sanitaria de una vivienda

16 Equipamiento para el análisis de estructuras de edificios

17 Cargador semiautomático para máquinas a CNC de accionamiento electroneumático

18 Biorreactor para la producción de alimentos

19 Ascensor

20 Pila de combustible

Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología.Instituto Nacional de Educación Tecnológica.Saavedra 789. C1229ACE.Ciudad Autónoma de Buenos Aires.República Argentina.

El Instituto Nacional de EducaciónTecnológica -INET- enmarca sus líneas deacción, programas y proyectos, en las metasde:

• Coordinar y promover programasnacionales y federales orientados a for-talecer la educación técnico-profesional,articulados con los distintos niveles y ci-clos del sistema educativo nacional.

• Implementar estrategias y acciones decooperación entre distintas entidades,instituciones y organismos –gubernamen-tales y no gubernamentales-, que permi-tan el consenso en torno a las políticas,los lineamientos y el desarrollo de lasofertas educativas, cuyos resultados seanconsiderados en el Consejo Nacional deEducación-Trabajo –CoNE-T– y en elConsejo Federal de Cultura y Educación.

• Desarrollar estrategias y acciones desti-nadas a vincular y a articular las áreas deeducación técnico-profesional con lossectores del trabajo y la producción, aescala local, regional e interregional.

• Diseñar y ejecutar un plan de asistenciatécnica a las jurisdicciones en los aspectosinstitucionales, pedagógicos, organizativosy de gestión, relativos a la educación téc-

nico-profesional, en el marco de los acuer-dos y resoluciones establecidos por elConsejo Federal de Cultura y Educación.

• Diseñar y desarrollar un plan anual decapacitación, con modalidades presen-ciales, semipresenciales y a distancia, consede en el Centro Nacional de EducaciónTecnológica, y con nodos en los CentrosRegionales de Educación Tecnológica ylas Unidades de Cultura Tecnológica.

• Coordinar y promover programas deasistencia económica e incentivos fis-cales destinados a la actualización y eldesarrollo de la educación técnico-profe-sional; en particular, ejecutar lasacciones relativas a la adjudicación y elcontrol de la asignación del CréditoFiscal –Ley Nº 22.317–.

• Desarrollar mecanismos de cooperacióninternacional y acciones relativas a dife-rentes procesos de integración educativa;en particular, los relacionados con lospaíses del MERCOSUR, en lo referente ala educación técnico-profesional.

Estas metas se despliegan en distintos pro-gramas y líneas de acción de responsabilidadde nuestra institución, para el período 2003-2007:

VIII

LAS METAS, LOS PROGRAMAS Y LAS LÍNEAS DE

ACCIÓN DEL INSTITUTO NACIONAL DE

EDUCACIÓN TECNOLÓGICA

Programa 1. Formación técnica, media ysuperior no universitaria:

1.1. Homologación y validez nacional detítulos.

1.2. Registro nacional de instituciones deformación técnica.

1.3. Espacios de concertación.

1.4. Perfiles profesionales y ofertas formati-vas.

1.5. Fortalecimiento de la gestión institu-cional; equipamiento de talleres y la-boratorios.

1.6. Prácticas productivas profesiona-lizantes: Aprender emprendiendo.

Programa 2. Crédito fiscal:

2.1. Difusión y asistencia técnica.

2.2. Aplicación del régimen.

2.3. Evaluación y auditoría.

Programa 3. Formación profesional para eldesarrollo local:

3.1. Articulación con las provincias.

3.2. Diseño curricular e institucional.

3.3. Información, evaluación y certifi-cación.

Programa 4.Educación para el trabajo y laintegración social.

Programa 5. Mejoramiento de la enseñanzay del aprendizaje de la Tecnología y de laCiencia:

5.1. Formación continua.

5.2. Desarrollo de recursos didácticos.

Programa 6. Desarrollo de sistemas de infor-mación y comunicaciones:

6.1. Desarrollo de sistemas y redes.

6.2. Interactividad de centros.

Programa 7. Secretaría ejecutiva del ConsejoNacional de Educación Trabajo –CoNE-T–.

Programa 8. Cooperación internacional.

Los materiales de capacitación que, en estaocasión, estamos acercando a la comunidadeducativa a través de la serie “Recursosdidácticos”, se enmarcan en el Programa 5del INET, focalizado en el mejoramiento dela enseñanza y del aprendizaje de la Tec-nología y de la Ciencia, uno de cuyos pro-pósitos es el de:

• Desarrollar materiales de capacitacióndestinados, por una parte, a la actua-lización de los docentes de la educacióntécnico-profesional, en lo que hace a co-nocimientos tecnológicos y científicos; y,por otra, a la integración de los recursosdidácticos generados a través de ellos, enlas aulas y talleres, como equipamientode apoyo para los procesos de enseñanzay de aprendizaje en el área técnica.

Estos materiales didácticos han sido elabora-dos por especialistas del Centro Nacional deEducación Tecnológica del INET y por espe-cialistas convocados a través del Programa delas Naciones Unidas para el Desarrollo–PNUD– desde su línea “Conocimientoscientífico-tecnológicos para el desarrollo deequipos e instrumentos”, a quienes estaDirección expresa su profundo reconoci-miento por la tarea encarada.

María Rosa AlmandozDirectora Ejecutiva del Instituto Nacional de

Educación Tecnológica.Ministerio de Educación, Ciencia y

Tecnología

IX

Desde el Centro Nacional de EducaciónTecnológica –CeNET– encaramos el diseño,el desarrollo y la implementación de proyec-tos innovadores para la enseñanza y el apren-dizaje en educación técnico-profesional.

El CeNET, así:

• Es un ámbito de desarrollo y evaluaciónde metodología didáctica, y de actuali-zación de contenidos de la tecnología yde sus sustentos científicos.

• Capacita en el uso de tecnología a do-centes, profesionales, técnicos, estudian-tes y otras personas de la comunidad.

• Brinda asistencia técnica a autoridades e-ducativas jurisdiccionales y a edu-cadores.

• Articula recursos asociativos, integrandoa los actores sociales involucrados con laEducación Tecnológica.

Desde el CeNET venimos trabajando en dis-tintas líneas de acción que convergen en elobjetivo de reunir a profesores, a especialistasen Educación Tecnológica y a representantesde la industria y de la empresa, en accionescompartidas que permitan que la educacióntécnico-profesional se desarrolle en la escuelade un modo sistemático, enriquecedor, pro-fundo... auténticamente formativo, tanto paralos alumnos como para los docentes.

Una de nuestras líneas de acción es la de di-señar y llevar adelante un sistema de capaci-

tación continua para profesores de educacióntécnico-profesional, implementando trayec-tos de actualización. En el CeNET contamoscon quince unidades de gestión de apren-dizaje en las que se desarrollan cursos,talleres, pasantías, conferencias, encuentros,destinados a cada educador que desee inte-grarse en ellos presencialmente o a distancia.

Otra de nuestras líneas de trabajo asume laresponsabilidad de generar y participar enredes que vinculan al Centro con organismose instituciones educativos ocupados en laeducación técnico-profesional, y con organis-mos, instituciones y empresas dedicados a latecnología en general. Entre estas redes, seencuentra la Red Huitral, que conecta aCeNET con los Centros Regionales deEducación Tecnológica -CeRET- y con lasUnidades de Cultura Tecnológica –UCT–instalados en todo el país.

También nos ocupa la tarea de producirmateriales de capacitación docente. DesdeCeNET hemos desarrollado distintas seriesde publicaciones –todas ellas disponibles enel espacio web www.inet.edu.ar–:

• Educación Tecnológica, que abarca mate-riales que posibilitan una definición cu-rricular del área de la Tecnología en elámbito escolar y que incluye marcosteóricos generales, de referencia, acercadel área en su conjunto y de sus con-tenidos, enfoques, procedimientos yestrategias didácticas más generales.

X

LAS ACCIONES DEL CENTRO NACIONAL DE

EDUCACIÓN TECNOLÓGICA

• Desarrollo de contenidos, nuestra segundaserie de publicaciones, que nuclea fascícu-los de capacitación en los que se profun-diza en los campos de problemas y decontenidos de las distintas áreas del cono-cimiento tecnológico, y que recopila, tam-bién, experiencias de capacitación docentedesarrolladas en cada una de estas áreas.

• Educación con tecnologías, que propicia eluso de tecnologías de la información y dela comunicación como recursos didácti-cos, en las clases de todas las áreas yespacios curriculares.

• Educadores en Tecnología, serie de publica-ciones que focaliza el análisis y las pro-puestas en uno de los constituyentes delproceso didáctico: el profesional queenseña Tecnología, ahondando en losrasgos de su formación, de sus prácticas,de sus procesos de capacitación, de suvinculación con los lineamientos curricu-lares y con las políticas educativas, deinteractividad con sus alumnos, y consus propios saberes y modos de hacer.

• Documentos de la escuela técnica, quedifunde los marcos normativos y curricu-lares que desde el CONET –ConsejoNacional de Educación Técnica- deli-nearon la educación técnica de nuestropaís, entre 1959 y 1995.

• Ciencias para la Educación Tecnológica,que presenta contenidos científicos aso-ciados con los distintos campos de la tec-nología, los que aportan marcos concep-tuales que permiten explicar y funda-mentar los problemas de nuestra área.

• Recursos didácticos, que presenta con-tenidos tecnológicos y científicos,

estrategias –curriculares, didácticas yreferidas a procedimientos de construc-ción– que permiten al profesor de la edu-cación técnico-profesional desarrollar,con sus alumnos, un equipamientoespecífico para integrar en sus clases.

Desde esta última serie de materiales decapacitación, nos proponemos brindar he-rramientas que permitan a los docentes nosólo integrar y transferir sus saberes y capaci-dades, sino también, y fundamentalmente,acompañarlos en su búsqueda de solucionescreativas e innovadoras a las problemáticascon las que puedan enfrentarse en el procesode enseñanza en el área técnica.

En todos los casos, se trata de propuestas deenseñanza basadas en la resolución de pro-blemas, que integran ciencias básicas ytecnología, y que incluyen recursos didácti-cos apropiados para la educacióntécnico–profesional.

Los espacios de problemas tecnológicos, lasconsignas de trabajo, las estrategias deenseñanza, los contenidos involucrados y,finalmente, los recursos didácticos estánplanteados en la serie de publicaciones queaquí presentamos, como un testimonio derealidad que da cuenta de la potencialidadeducativa del modelo de problematización enel campo de la enseñanza y del aprendizajede la tecnología, que esperamos que resultede utilidad para los profesores de la edu-cación técnico-profesional de nuestro país.

Juan Manuel KirschenbaumDirector Nacional del Centro Nacional de

Educación Tecnológica.Instituto Nacional de Educación Tecnológica

XI

Desde esta serie de publicaciones del CentroNacional de Educación Tecnológica, nos pro-ponemos:

• Poner a consideración de los educadoresun equipamiento didáctico a integrar enlos procesos de enseñanza y de apren-dizaje del área técnica que coordinan.

• Contribuir a la actualización de losdocentes de la educación técnico-profe-sional, en lo que hace a conocimientostecnológicos y científicos.

Inicialmente, hemos previsto el desarrollo deveinte publicaciones con las que intentamosabarcar diferentes contenidos de este campocurricular vastísimo que es el de la educacióntécnico-profesional.

En cada una de estas publicaciones es posiblereconocer una estructura didáctica común:

1 Problemas tecnológicos en el aula. Enesta primera parte del material sedescriben situaciones de enseñanza y deaprendizaje del campo de la educacióntécnico-profesional centradas en la re-solución de problemas tecnológicos, y sepresenta una propuesta de equipamientodidáctico, pertinente como recurso pararesolver esas situaciones tecnológicas ydidácticas planteadas.

2 Encuadre teórico para los problemas.En vinculación con los problemas didác-ticos y tecnológicos que constituyen elpunto de partida, se presentan conceptos

tecnológicos y conceptos científicos aso-ciados.

3 Hacia una resolución técnica. Manualde procedimientos para la construc-ción y el funcionamiento del equipo.Aquí se describe el equipo terminado y semuestra su esquema de funcionamiento;se presentan todas sus partes, y los mate-riales, herramientas e instrumentos nece-sarios para su desarrollo; asimismo, sepauta el “paso a paso” de su construc-ción, armado, ensayo y control.

4 El equipo en el aula. En esta parte delmaterial escrito, se retoman las situa-ciones problemáticas iniciales, aportandosugerencias para la inclusión del recursodidáctico construido en las tareas quedocente y alumnos concretan en el aula.

5 La puesta en práctica. Este tramo dela publicación plantea la evaluacióndel material didáctico y de la experien-cia de puesta en práctica de las estrate-gias didácticas sugeridas. Implica unaretroalimentación –de resolución vo-luntaria– de los profesores destinata-rios hacia el Centro Nacional deEducación Tecnológica, así como elpunto de partida para el diseño denuevos equipos.

Esta secuencia de cuestiones y de momentosdidácticos no es azarosa. Intenta replicar –enuna producción escrita– las mismas instanciasde trabajo que los profesores de Tecnologíaponemos en práctica en nuestras clases:

XII

LA SERIE “RECURSOS DIDÁCTICOS”

XIII

Es a través de este circuito de trabajo (pro-blema-respuestas iniciales-inclusión teórica-respuestas más eficaces) como enseñamos ycomo aprenden nuestros alumnos en el área:

• La tarea comienza cuando el profesorpresenta a sus alumnos una situacióncodificada en la que es posible recono-cer un problema tecnológico; para con-figurar y resolver este problema, es nece-sario que el grupo ponga en marcha unproyecto tecnológico, y que encare análi-sis de productos o de procesos desarro-llados por distintos grupos sociales pararesolver algún problema análogo.Indudablemente, no se trata de cualquierproblema sino de uno que ocasionaobstáculos cognitivos a los alumnosrespecto de un aspecto del mundo artifi-cial que el profesor –en su marco curri-cular de decisiones– ha definido comorelevante.

• El proceso de enseñanza y de aprendiza-je comienza con el planteamiento de esasituación tecnológica seleccionada por elprofesor y con la construcción del espa-cio-problema por parte de los alumnos, ycontinúa con la búsqueda de respuestas.

• Esta detección y construcción derespuestas no se sustenta sólo en losconocimientos que el grupo disponesino en la integración de nuevos con-tenidos.

• El enriquecimiento de los modos de “ver”y de encarar la resolución de un proble-ma tecnológico –por la adquisición denuevos conceptos y de nuevas formastécnicas de intervención en la situación

desencadenante– suele estar distribuidamaterialmente –en equipamiento, enmateriales, en herramientas–.

No es lo mismo contar con este equipamien-to que prescindir de él.

Por esto, lo queintentamos des-de nuestra seriede publicacio-nes es acercar alprofesor distin-tos recursos di-dácticos que a-yuden a sus a-lumnos en estatarea de proble-matización y dei n t e r v e n c i ó n– s u s t e n t a d ateórica y técni-camente– en elmundo tecno-lógico.

Al seleccionar los recursos didácticos queforman parte de nuestra serie de publica-ciones, hemos considerado, en primer térmi-no, su potencialidad para posibilitar, a losalumnos de la educación técnico-profesional,configurar y resolver distintos problemas tec-nológicos.

Y, en segundo término, nos preocupó quecumplieran con determinados rasgos que lespermitieran constituirse en medios eficacesdel conocimiento y en buenos estructurantescognitivos, al ser incluidos en un aula por unprofesor que los ha evaluado como perti-

XIV

Caracterizamos comorecurso didáctico a to-do material o compo-nente informático se-leccionado por un edu-cador, quien ha evalua-do en aquél posibili-dades ciertas para ac-tuar como mediadorentre un problema de larealidad, un contenidoa enseñar y un grupode alumnos, facilitandoprocesos de compren-sión, análisis, profundi-zación, integración,síntesis, transferencia,producción o evalua-ción.

nentes. Las cualidades que consideramosfundamentales en cada equipo que promove-mos desde nuestra serie de publicaciones”Recursos didácticos”, son:

• Modularidad (puede adaptarse a diversosusos).

• Resistencia (puede ser utilizado por losalumnos, sin peligro de romperse confacilidad).

• Seguridad y durabilidad (integrado pormateriales no tóxicos ni peligrosos, ydurables).

• Adaptabilidad (puede ser utilizado en eltaller, aula o laboratorio).

• Acoplabilidad (puede ser unido o combi-nado con otros recursos didácticos).

• Compatibilidad (todos los componentes,bloques y sistemas permiten ser integra-dos entre sí).

• Facilidad de armado y desarmado (posi-bilita pruebas, correcciones e incorpo-ración de nuevas funciones).

• Pertinencia (los componentes, bloquesfuncionales y sistemas son adecuadospara el trabajo con los contenidos cu-rriculares de la educación técnico-pro-fesional).

• Fiabilidad (se pueden realizar las tareaspreestablecidas, de la manera esperada).

• Coherencia (en todos los componentes,bloques funcionales o sistemas se siguenlas mismas normas y criterios para elarmado y utilización).

• Escalabilidad (es posible utilizarlo enproyectos de diferente nivel de com-

plejidad).

• Reutilización (los diversos componentes,bloques o sistemas pueden ser desmonta-dos para volver al estado original).

• Incrementabilidad (posibilidad de iragregando piezas o completando elequipo en forma progresiva).

Haydeé NocetiCoordinadora de la acción “Conocimientoscientífico-tecnológicos para el desarrollo de

equipos e instrumentos”.Centro Nacional de Educación Tecnológica

XV

20.Pila de

combustible

Este material de capacitación fuedesarrollado por:

Mónica Alegría.Es profesora en Disciplinas Industriales conespecialidad en Química (InstitutoNacional Superior del ProfesoradoTécnico) y licenciada en TecnologíaEducativa (Universidad TecnológicaNacional –UTN–). Es profesora delInstituto Nacional Superior del ProfesoradoTécnico (UTN), de la Escuela Superior deComercio Carlos Pellegrini (Universidad deBuenos Aires) y del Profesorado enDocencia Superior con modalidad aDistancia (UTN). Fue profesora deQuímica en escuelas de enseñanza técnicade la Nación y en escuelas de educaciónmedia privadas. Fue profesora de Químicade la Facultad de Agronomía (Universidadde Buenos Aires). Es coautora del Módulode metodología de la enseñanza de la Química(Curso de Formación Docente paraProfesionales Universitarios. UTN) y de loslibros Química I. Polimodal (Santillana.1999. Buenos Aires) y Química II.Polimodal (Santillana.1999. Buenos Aires).

2

Coordinación general:Haydeé Noceti

Diseño didáctico:Ana Rúa

Administración:Adriana Perrone

Monitoreo y evaluación:Laura Irurzun

Diseño gráfico:Tomás Ahumada

Karina LacavaAlejandro Carlos Mertel

Diseño de tapa:Laura Lopresti

Juan Manuel Kirschenbaum

Con la colaboracióndel equipo de profesionales

del Centro Nacionalde Educación Tecnológica

Las metas, los programas y las líneas de accióndel Instituto Nacional de Educación Tecnológica VIII

Las acciones del Centro Nacional de Educación Tecnológica X

La serie “Recursos didácticos” XII

1 Problemas tecnológicos en el aula 4• El recurso didáctico que proponemos

2 Encuadre teórico para los problemas 7• La energía. Tipos de energía• Los recursos renovables y los recursos agotables• La energía solar• Un combustible: El hidrógeno• La electrólisis• Las pilas de combustible y su aplicación como energía renovable• La pila de combustible de intercambio protónico –PEM–

3 Hacia una resolución técnica.Manual de procedimientos para la construcción yel funcionamiento del equipo 58• Los componentes• Los materiales herramientas e instrumentos• La construcción• El armado• El ensayo y el control• La superación de dificultades

4 El equipo en el aula 66• Un auto con energía limpia• Una pila de combustible y una pila voltaica

5 La puesta en práctica 72

Índice

Situación 1

1 En mucha de la bibliografía en español se usa la denominación “celda de combustible”, como traducción de fuel cell. Aún cuan-do esta denominación es correcta, en este material de capacitación optamos por “pila de combustible”.

2 La investigación que incluye esta tabla comparativa es “Beneficio de las celdas de combustible en el transporte”. Fue desarro-llada por Fuel Cells 2000. Centro de información en línea en celdas de combustible y está disponible, en su versión completa en:http://www.worldwide.fuelcells.org/sp_base.cgim?template=sp_benefits

4

1. PROBLEMAS TECNOLÓGICOS EN EL AULA

Lo invitamos a analizar estos testimonios:

En la clase de Tecnología, los alumnos estánanalizando distintos tipos de pilas y recons-truyendo las características de cada uno, apartir de las hojas de datos técnicos provis-tas por los fabricantes.

– Nunca vi una pila de combustible como ésta,profesora. ¿Funciona igual una pila voltaica?

Comparación entre vehículos convencionales y vehículos con celdas1 de combustible2

La única emisión de hidrógeno en celdas de combus-tible es agua tibia.

NoAmbientalmentelimpio

Sí

Típicamente, los vehículos con celda de combustibleson más rápidos fuera de línea y comienzan a demos-trar mayor potencia. Por ejemplo: el Focus® de laFord de CI ofrece 110 Hp; mientras que el auto másnuevo con celdas de combustible® también Ford,tiene una celda de combustible Mark 902 de Ballardcon 117 Hp.

SíAlto desempeño Sí; sobrepa-san a losv e h í c u l o sconvencio-nales

Al no tener prácticamente partes móviles, estosautos no requieren aceite para lubricación ni paramantenimiento general.

NoBajomantenimiento

Sí

Vehículo conven-cional con motor

a combustióninterna –CI–

Vehículo conceldas de

combustible

Las celdas de combustible han demostrado ser unafuente de poder 99.99 % confiable.

NoConfiabilidad Sí

En este momento, están analizando una tabla comparativa:Si

tuac

ión

2 En uno de los cursos de la RedNacional de Formación Profesionalpara el Sector Mecánico Automotor,el instructor y su grupo de cursantesestán desarrollando un prototipo deproducción de energía limpia,mediante la utilización del aguacomo combustible, a modo de inte-gración de las nuevas tecnologías delhidrógeno en la industria automo-triz.

5

Durante el diseño constructivo, el grupo discutelos materiales con los que va a desarrollar el pro-totipo: acrílico, cables varios, cubas de electróli-sis, reactivos y electrolizadores.

Cuando llega el momento de prever los com-ponentes, se plantea el costo de construir su pro-pia pila tipo PEM, que es la que está siendo uti-lizada en la industria automotriz.

Uno de los alumnos sugiere que pueden adqui-rir una pila terminada a bajo costo y completarel prototipo probando la efectividad de la pilaPEM reversible que funciona en los automoto-res, comprobar si realmente se puede utilizar elagua como combustible y utilizar, para la elec-trólisis, energía producida por un módulo solar.

El grupo evalúa la sugerencia y decide trabajarcon la idea de su compañero.

Comparación entre vehículos convencionales y vehículos con celdas de combustible

Vehículo conven-cional con motor

a combustióninterna –CI–

Vehículo conceldas de

combustible

Sí; para lose s t á n d a r e sactuales, no paralos futuros

Confort Sí

Prácticamente, todo el ruido de los vehículos con cel-das de combustible proviene del compresor o de losventiladores.

NoBajo ruido Sí

Los autos con celdas de combustible no están limita-dos por el ciclo de Carnot ni conexiones mecánicasque resulten en fricción, como los autos de CI.

NoAlta eficiencia Sí

NoLibertad dediseño

Sí

Los vehículos con celda de combustible son, esen-cialmente, fuentes de poder portátiles. Pueden ser uti-lizados para alimentar muchos más equipos electróni-cos a bordo, que los vehículos convencionales y pro-veer energía eléctrica a aplicaciones externas al auto(al acampar, obtener créditos de la red eléctrica, etc.).

No; supeditada ala energía alma-cenada por labatería

Potencia a bordo Sí

Existen muchas razones por las cuales los vehículoscon celda de combustible serán más cómodos: - no transmisión para un paseo suave,- bajo ruido,- escape limpio,- más espacio interior,- más potencia a bordo,- mayor libertad de diseño,- tecnología drive-by-wire.

Todos los componentes de un vehículo con celdas decombustible son eléctricos y están conectados porcables; los vehículos convencionales, en cambio, con-sisten en componentes mecánicos interconectados.Este hecho permite que los diseñadores ubiquen cual-quier componente en cualquier sitio dentro del vehícu-lo, a diferencia de los vehículos que hoy utilizamos.

El recurso didáctico queproponemosNuestra propues-ta didáctica con-siste en diseñar yconstruir un mo-delo en escala depila de combusti-ble, con el objetode permitir anuestros alumnosanalizar las opera-ciones y procesosque tienen lugaren ella.

En nuestro recurso didáctico, los procesosmodelizados corresponden a una pila PEM–Protonic Exchange Membran– reversible yson:

• Captación de energía solar y su posteriortransformación en energía eléctrica me-diante un módulo fotovoltaico.

• Electrólisis del agua para la obtención delhidrógeno que, luego, utilizamos comocombustible.En el proceso de la pila de combustible,la electrólisis es sumamente importanteporque es la que provee de combustibleal sistema.

• Luego de la electrolisis, el hidrógeno y eloxígeno obtenidos vuelven a la pila endonde –por medio del proceso inverso ala electrolisis– se combinan para formar,nuevamente, agua.En una pila de combustible típica, elcombustible hidrógeno en estado

gaseoso es continuamente suministradoal compartimiento del ánodo (-).Por otro lado, se suministra continua-mente oxígeno (el oxidante) en el com-partimiento del cátodo (+). La reacción electroquímica se produce enlos electrodos, en los que se da origen auna corriente eléctrica.La diferencia entre las pilas de com-bustible radica, específicamente, en elelectrolito que éstas utilicen. En nuestro equipo utilizamos como elec-trolito una membrana polimérica PEM–Proton Exchange Membrane; membranade intercambio protónico, MIP–. Estamembrana está formada por polímerosfluorocarbonados parecidos al teflón alos que se añaden grupos de ácidosulfónico.

• En la última etapa del proceso, está insta-lado un pequeño ventilador cuyo fun-cionamiento nos permite comprobar laefectividad de la pila construida. El ven-tilador funciona con la energía producidapor la pila.

Cada una de estas etapas del proceso de fun-cionamiento de la pila se encuentra represen-tada en el equipo didáctico que le sugerimosintegrar a sus clases.

6

En una pila de com-bustible se desarro-lla una serie de pro-cesos que tienen alhidrógeno como pro-motor, ya sea gene-rándolo como utili-zándolo para latransformación de e-nergía química enenergía térmica y e-léctrica.

7

El término ener-gía3 es pronuncia-do diariamentepor políticos, eco-nomistas, físicos,químicos, biólo-gos y toda personaque, de una u otraforma, se ha planteado como tarea la deenfrentar la crisis energética y luchar por laconservación de los recursos naturales norenovables.

La energía se encuentra y se manifiesta en lanaturaleza de diferentes formas:

• luminosa (luz), • calorífica (calor), • eléctrica (electricidad), • química (manifestada en los cambios

químicos),• mecánica.

Gracias a la energía, el ser humano puederealizar procesos y trabajos que le garantizanla supervivencia a la cabeza de las otras espe-

cies animales, y la comodidad y el dominioque ha venido ejerciendo, por largo tiempo,sobre el medio natural.

Cualquier forma de energía se transforma enotra; porque: “La energía no se crea ni se des-truye, sólo se transforma”. Este proceso cons-tituye la Ley de la conservación de la energía.

La energía mecánica es la suma de la energíapotencial –almacenada en un cuerpo– y lacinética –que se produce debido a la veloci-dad o movimiento de un cuerpo–. Por ejem-plo, una roca enorme en lo alto de un preci-picio posee energía potencial que, al caer, setransforma en energía cinética.

La energía puede transformarse de una formaa otra. Por ejemplo, en una central hidroeléc-trica, el movimiento del agua (energía cinéti-ca) produce electricidad que se utiliza para en-cender focos (energía luminosa), generar mo-vimientos en un aparato –como la batidora denuestra cocina– (energía mecánica) o producircalor en las planchas (energía calorífica).

Casi toda la energía utilizada por el serhumano se ha originado a partir de la radia-ción solar llegada a la Tierra. Un 96 % de lasnecesidades energéticas queda satisfecha porla combustión de carburantes fósiles –car-bón, petróleo y gas natural–, que representan

2. E N C U A D R E T E Ó R I C O PA R A L O SP R O B L E M A S

La energía es lacapacidad que tieneun cuerpo para rea-lizar un movimiento,un cambio físico ouno químico.

La energía. Tipos de energía

3 Para ahondar en la problemática de la energía, le recomen-damos consultar otros módulos de capacitación de estamisma serie “Recursos didácticos” desarrollada desde elInstituto Nacional de Educación Tecnológica:- Gay, Aquiles (2005) Estufa de laboratorio. INET. Bs. As.- Pizarro, Sergio (2005) Quemador de biomasa. INET. Bs. As.- Pizarro, Sergio (2005) Biodigestor. INET. Bs. As.

8

la energía química almacenada biológica-mente durante el largo pasado de la Tierra.Ante el riesgo certero de su agotamiento, elhombre debe buscar –cada vez con mayordedicación– los carburantes nucleares (fu-sión nuclear y fisión nuclear), la energía degravitación en las mareas y la energía solar.

Las fuentes de energía son aquéllas que brin-dan energía como producto original, produ-cen la energía directamente –siempre, cum-pliendo con la ley de conservación de laenergía–.

Como fuentes de energía se pueden mencio-nar: sol, viento, carbón, petróleo, caídas de a-gua, desechos orgánicos, átomos, olas delmar, reacciones químicas, sonido, entre otras.

Los tipos de energía son aquellos que identi-fican la forma en que se manifiesta la energía.Entre los distintos tipos de energía se desta-can la solar, la atómica o nuclear, la hidráuli-ca, la química, la eléctrica, la eólica, la mecá-nica (cinética y potencial) y la térmica.

Con respecto a la energía solar, cabe señalarque cada punto de la superficie del Sol emiteradiaciones electromagnéticas al espacio yque estas radiaciones son tanto luminosascomo invisibles. Cuando estas radiacionesllegan a la Tierra, su intensidad ha disminui-do en unas 500 mil veces. A pesar de ello,casi toda la energía que se puede aprovecharen la Tierra proviene del Sol.

Gran parte de la energía eléctrica con que

cuenta el ser humano se debe a la evapora-ción del agua producida por el Sol y a su pos-terior precipitación. Este ciclo natural permi-te mantener llenos los embalses que produ-cen energía hidroeeléctrica. Sin embargo, laenergía proveniente del agua o energíahidráulica, no se emplea solamente en la pro-ducción de electricidad; a veces se utiliza,también, para imprimir movimiento a lamaquinaria de una fábrica, por medio de unacaída o salto de agua, o para mover un moli-no de agua.

La energía que es absorbida o liberada comoresultado de una reacción química, se deno-mina energía química. Los alimentos, laspilas eléctricas y los explosivos contieneneste tipo de energía.

La energía del aire se conoce como energíaeólica. Es un tipo de energía cinética que ha-ce funcionar los molinos de viento, las veletasy los aerogeneradores. Un problema en el usode la energía eólica reside en el carácter fluc-tuante de las corrientes de viento, por lo queno se puede asegurar su suministro regular.

La energía nuclear es aquella que mantieneunidas las partículas de los núcleos atómicos.Por medio de los procesos de fusión y fisión,se liberan grandes cantidades de energía.

El calor que pro-duce la combus-tión en las máqui-nas térmicas dehulla, gas natural,petróleo y otroscombustibles, semanifiesta comoenergía térmica.

Energía

Fuentes

Tipos

El calor como tal nose considera un tipode energía en sí,sino una energía entránsito; o sea, unaenergía que pasa deun cuerpo a otro.

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Existen recursos energéticos como el agua, elSol y el viento que, al existir en grandes can-tidades, difícilmente podrían agotarse. Estosrecursos se llaman renovables.

Por otra parte, están aquellas fuentes de ener-gía perecederas, como el carbón y el petróleoque, en algún momento, van a acabarse sinque puedan ser renovadas. Estos recursos sedenominan agotables o no renovables.

Las tecnologías de energía renovable ofrecenbeneficios muy importantes, tanto en lo eco-nómico como en lo ambiental, debido a que,sin usar combustible fósil, brindan energíaen forma de electricidad, fuerza motriz ocalor. Como resultado, se evita tanto la emi-sión de gases del efecto invernadero como lacontaminación de la atmósfera. Por lo gene-ral, los sistemas de energía renovable presen-

tan costos más bajos en operaciones y man-tenimiento, porque su recurso combustiblees el sol o el viento. La mayoría funciona conmuy poco ruido, en contraste con la conta-minación por ruido que se asocia con peque-ños generadores de gas y de diesel. Enmuchos sitios remotos apartados de la red deservicios públicos, los sistemas comercialesde energía renovable presentan el costo deenergía más bajo por ciclo de vida.

Nuestra pila de combustible consti-tuye un modelo de la utilización de

energías y recursos renovables.

La energía solar fotovoltaica y la utiliza-ción del agua –como recurso renovable–aportan el hidrógeno, combustiblede nuestra pila.

Los recursos renovables y los recursos agotables

FUENTES Y TIPOS DE ENERGÍA

Carbón, petróleo,gas natural

SolViento

Caídas de agua

Desechos orgánicosCalor de la TierraÁtomosOlas del mar

Sonido

Reaccionesquímicas

De combustión defósiles

SolarEólica

Hidráulica

BiomásicaGeotérmicaNuclear y atómicaMarítima

Sonora

Química

Luminosa, química,eléctrica y calor

Luminosa y calorMecánica, eléctrica

Mecánica(potencial y cinética)Lumínica y calorEléctricaEléctricaMecánica

Mecánica y sonora

Química, eléctrica ycalor

Calor, luz y reacción química

Calor y luz Movimiento y electricidad

Movimiento

Calor y luzElectricidadElectricidadMovimiento

Movimiento y sonido

Reacción química yelectricidad

Fuente Tipo Se transforma en... Se manifiesta en formade...

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Pilas ycombustibles

Generadorelectromecánico

Convertidorestermoeléctricos

Convertidorestermoiónicos

Ciclo delagua

Fotosíntesis

Pilassolares

Energíamecánica

Energíasolar

(radiante)

Energíanuclear

Energíaeléctrica

Convertidoresmagnetohidrodinámicos

FisiónEnergíaquímica

Radiactividadartificial

Energíahidráulica

Plasma

Energíainterna

Fusión

Transformaciones de la energía

Una energía alternativa es aquélla que sebusca para suplir a las energías convenciona-les, en razón de su menor efecto contami-nante y de su capacidad de renovarse. El tér-mino se gesta, de la mano de científicos ymovimientos ecologistas y sociales, con elpropósito de proponer un modelo energéticoemergente al imperante en la actualidad.

La discusión energía alternativa versus energíaconvencional no debe entenderse como unamera clasificación de las fuentes de energíasino como representación de dos modelosenergéticos distintos.

El modelo energético alternativo se basa enlas siguientes premisas:

• El uso de fuentes de energía renovables,ya que las fuentes fósiles actualmenteexplotadas, van a terminar agotándose–según los pronósticos actuales, en eltranscurso de este siglo XXI–.

• El uso de fuentes limpias, abandonandolos procesos de combustión conven-cionales y la fisión nuclear.

• La explotación extensiva de las fuentesde energía, proponiéndose como alterna-tiva el fomento del autoconsumo queevita, en la medida de lo posible, la cons-trucción de grandes infraestructuras degeneración y distribución de energíaeléctrica.

• La disminución de la demanda energéti-ca, mediante la mejora del rendimientode los dispositivos eléctricos (elec-trodomésticos, lámparas, etc.).

Este modelo se enmarca en una estrategia demayor escala: El desarrollo sostenible.

El actual modeloenergético basadoen la quema decombustibles fósi-les y la energía nu-clear es insosteni-ble. La única alter-nativa posible vie-ne dada por unmodelo energéticobasado en la efi-ciencia energéticay las energías re-novables; porque,el sistema ener-gético debe some-terse a los límitesde la naturaleza,aún cuando la so-ciedad actual uti-liza la energía co-mo si no existie-sen límites.

Pero, existen. Hayun límite que nopodemos franque-ar y es la capaci-dad de la atmósfe-ra para absorber CO2.

Las investigaciones científicas indican que, a-parentemente, la cantidad de dióxido de car-bono atmosférico habría permanecido establedurante siglos, en unas 260 ppm (partes pormillón). Pero, en los últimos 100 años hahabido un aumento de su concentración en laatmósfera de alrededor de 260 ppm, en 1850,a 364 ppm, en 1998; principalmente, debido alas actividades humanas durante y después dela revolución industrial, que empezó en 1850.

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La Organización delas Naciones Unidas–ONU– busca lograrel desarrollo soste-nible: un mayor de-sarrollo de los pue-blos sin poner en pe-ligro el medio am-biente.

Para ello instaura,en 1972, el Programade las Naciones Uni-das sobre el MedioAmbiente –PNUMA–,que se encarga depromover activida-des medioambienta-les y crear concien-cia entre la pobla-ción sobre la impor-tancia de cuidar elmedio ambiente.

En esta dirección,usted puede encon-trar los conveniosmarco, y la informa-ción referente a laCumbre de la Tierray la Energía.http://www.cinu.org.mx/ninos/html/onu_n5.htm

Este gas ha aumentado en la atmósfera acausa del uso indiscriminado de los combus-tibles fósiles (carbón, petróleo y sus deriva-dos). Lo significativo de este cambio es quepuede provocar un aumento de la tempera-tura del planeta.

En la actualidad, la concentración de CO2 en

la atmósfera es de algo más de 300 ppm; pe-ro, se observa la influencia de las plantas ensus pequeñas oscilaciones: por la noche, alno hacer fotosíntesis las plantas, aumenta li-geramente y lo mismo sucede en el invierno.

Entre 2001 y2002, los mg/kgde CO2 pasaron

de 371,02 a 373,10(un alza de 2,08ppm en un año).Después, progresóhasta 375,64 en2003 (un alza anual de 2,54 ppm).

El cambio climático es uno de los mayoresproblemas ambientales de escala global a losque el planeta se está enfrentando. La comu-nidad internacional ha reaccionado ante elproblema asumiendo, como primer paso,compromisos para reducir las emisiones degases invernadero a través del Protocolo deKyoto

Según el Centro de información de lasNaciones Unidas4, las actividades humanashan estado contribuyendo al aumento de latemperatura atmosférica, especialmente porla tala inmoderada y por el uso de combusti-bles fósiles que contribuyen a la acumulaciónde gases de efecto invernadero –básicamente,dióxido de carbono (CO2)–.

Con el fin de hacer mayores investigacionesacerca del cambio climático, fue establecidode forma conjunta por el PNUMA y laOMM5, el Grupo Intergubernamental deExpertos sobre el Cambio Climático –IPCC–.Este grupo está constituido por 2.500 cientí-ficos y expertos.

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En esta dirección usted encontrará losdatos sobre Proyecto ARG/95/G/31, PNUD–Programa de las Naciones Unidas parael Desarrollo–, SECYT –Secretaría deCiencia y Técnica de la Nación Argenti-na–. Allí se detalla el inventario de gasesde efecto invernadero en nuestro país, enel convenio marco con el PNUD:http://www.medioambiente.gov.ar/documentos/acuerdos/convenciones/unfccc/Inventario.pdfBásicamente, le sugerimos analizar loscuadros “Evolución de las emisiones percápita de CO2 del sistema energéticoargentino”, “Inventario de gases de efec-to invernadero” y “Emisiones per cápitade CO2 1970–1994”.

Estos datos son regis-trados en la cima delmonte Mauna Loa, enHawai, desde 1958, porlos servicios de Char-les Keeling, científiconorteamericano.

Situación extrema de contaminación;en este caso, en Moscú

4 Centro de Información de las Naciones Unidas:www.cinu.org.mx/temas/des_sost/camclim.htm

5 La OMM es la Organización Meteorológica Mundial–WMO, en inglés–.

En 1989 el IPCC, predijo que la temperaturamundial habrá aumentado entre 1 y 3,5 gra-dos para el 2100, lo cual es un aumentomayor que el sufrido por la atmósfera desdehace 10.000 años.

Tomando en consideración estas conclusio-nes y con el fin de evitar el aumento de latemperatura atmosférica, en la Cumbre deRío de 1992 se elaboró y firmó la“Convención Marco de la Naciones Unidassobre el Cambio Climático” que, hastadiciembre de 2000, había sido ratificada por186 países. En esta Convención, los paísesdesarrollados -responsables de, aproximada-mente, 60 % de las emisiones anuales deldióxido de carbono en el mundo- se com-prometieron a reducir, antes de 2010, susemisiones de gases de efecto invernadero alos niveles que tenían antes de 1990.

A pesar del adelanto que la “ConvenciónMarco de las Naciones Unidas sobre elCambio Climático” constituía, el Grupo In-tergubernamental de Expertos sobre el CambioClimático determinó que la influencia huma-na en el clima mundial era perceptible y, aun-que se cumpliera cabalmente la meta de laConvención, no se evitaría el aumento de latemperatura atmosférica ni los problemas de-rivados, por lo que sería necesario pactarnuevas reducciones.

Debido a esto, los países que habían firmadola “Convención Marco de las NacionesUnidas sobre el Cambio Climático” se reu-nieron, en 1997, en Kyoto, Japón. La reunióndio lugar a un protocolo jurídicamente vin-culante, en virtud del cual los países desarro-llados deben reducir sus emisiones colectivasde seis gases de efecto invernadero en un

5.2 % entre 2008 y 2012, tomando los nive-les de 1990 como base de referencia. Estedocumento es conocido como Protocolo deKyoto.

Consideremos el artículo 2 del Protocolo deKyoto, referido a políticas y medidas.

“(...) Con el fin de promover el desarrollosostenible, cada una de las partes incluidasen el anexo I, al cumplir los compromisoscuantificados de limitación y reducción delas emisiones contraídos en virtud del artícu-lo 3 (...) aplicará y/o seguirá elaborando polí-ticas y medidas de conformidad con sus cir-

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Puede usted acceder al protocolo deKyoto completo en:http://www.medioambiente.gov.ar/acuerdos/convenciones/unfccc/ccprokio.htm

Le sugerimos la lectura de los anexos A yB, en donde va a encontrar los datos delos gases de efecto invernadero, los sec-tores y las categorías de fuentes:

• Energía: Quema de combustible, emi-siones fugitivas de combustibles.

• Procesos industriales, uso de disol-ventes y de otros productos.

• Agricultura.

• Desechos contaminantes del medioambiente.

• Listado de países que adquirieron elcompromiso cuantificado de limi-tación o reducción de las emisiones.

También puede acceder al Protocolo deMontreal, desde el Programa de las Na-ciones Unidas para el Medio Ambiente:http://www.unep.org/ozone/spanish/Treaties_and_Ratification/2B_montreal_protocol.asp

cunstancias nacionales; por ejemplo, lassiguientes:

i) fomento de la eficiencia energética enlos sectores pertinentes de la economíanacional;

ii) protección y mejora de los sumideros ydepósitos de los gases de efecto inver-nadero no controlados por el Protocolode Montreal, teniendo en cuenta suscompromisos en virtud de los acuerdosinternacionales pertinentes sobre elmedio ambiente, promoción de prácti-cas sostenibles de gestión forestal, laforestación y la reforestación;

iii) promoción de modalidades agrícolassostenibles, a la luz de las consideracio-nes del cambio climático;

iv) investigación, promoción, desarrollo yaumento del uso de formas nuevas yrenovables de energía, de tecnologíasde secuestro del dióxido de carbono yde tecnologías avanzadas y novedosasque sean ecológicamente racionales;

v) reducción progresiva o eliminacióngradual de las deficiencias del mercado,los incentivos fiscales, las exencionestributarias y arancelarias, y las subven-ciones que sean contrarios al objetivode la Convención en todos los sectoresemisores de gases de efecto invernade-ro y aplicación de instrumentos demercado;

vi) fomento de reformas apropiadas en lossectores pertinentes, con el fin de pro-mover políticas y medidas que limiten

o reduzcan las emisiones de los gasesde efecto invernadero no controladospor el Protocolo de Montreal;

vii) medidas para limitar y/o reducir lasemisiones de los gases de efecto inver-nadero no controlados por el Protocolode Montreal en el sector del transporte;

viii) limitación y/o reducción de las emisio-nes de metano, mediante su recupera-ción y utilización en la gestión de losdesechos, así como en la producción, eltransporte y la distribución de energía.”

La energía solar

La energía solar es la energía obtenida direc-tamente del Sol. La radiación solar incidenteen la Tierra puede aprovecharse por su capa-cidad para calentar directamente, o a travésdel aprovechamiento de la radiación en dis-positivos ópticos o de otro tipo.

• La radiación directa es la que llega direc-tamente del foco solar, sin reflexiones orefracciones intermedias.

• La radiación difusa es aquella que estápresente en la atmósfera gracias a losmúltiples fenómenos de reflexión yrefracción solar de las nubes, y el resto deelementos atmosféricos y terrestres.

La radiación es aprovechable en sus dimen-siones directa y difusa, o en la suma deambas. La radiación directa puede reflejarse yconcentrarse para su utilización; pero, no esposible concentrar la luz difusa, que provie-ne de todas direcciones.

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La potencia de la radiación varía según elmomento del día, las condiciones atmosféri-cas que la amortiguan y la latitud. Se puedeasumir que, en buenas condiciones de irra-diación, el valor es superior a los 1000 W/m2

–1000 vatios por metro cuadrado–, al nivelde la superficie terrestre. Esta potencia seconoce como irradiancia.

La irradiancia directa normal (o perpendicu-lar a los rayos solares) fuera de la atmósfera,recibe el nombre de constante solar y tieneun valor medio de 1354 W/m2 (que corres-ponde a un valor máximo en el perihelio de1395 W/m2 y un valor mínimo en el afelio de1308 W/m2).

La energía solar térmica consiste en el aprove-chamiento de la energía del Sol para producirel calentamiento de agua destinada al con-sumo doméstico, ya sea agua caliente, sa-nitaria o calefacción. Adicionalmente, puedeemplearse para alimentar una máquina de re-frigeración por absorción, que emplea calor enlugar de electricidad para acondicionar el aire.

Básicamente, el funcionamiento de una insta-lación solar térmica consiste en un circuitocerrado de tuberías (circuito primario) por elque se hace circular agua (con o sin anticon-

gelante) que, al pasar por los colectores sola-res, se calienta en mayor o menor medida. Elagua caliente procedente de los colectores esreconducida a un depósito acumulador,cediendo su calor al circuito de agua de con-sumo doméstico (circuito secundario). Unavez que ha cedido su calor, el agua fría esbombeada de nuevo hacia los colectores.

Es habitual encontrarse con instalaciones enlas que el acumulador contiene una resisten-cia eléctrica de apoyo, que actúa en caso deque el sistema no sea capaz de alcanzar latemperatura de uso (normalmente, 45 ºC).

Las características constructivas de los colec-tores responden a la minimización de las pér-didas de energía, una vez calentado el fluido.Como éste transcurre por los tubos, se re-quieren aislamientos a la conducción (vacío uotros) y a la reradiación de baja temperatura.

Además de su uso como agua caliente sanita-ria, calefacción y refrigeración (mediante má-quina de absorción), el uso de placas solarestérmicas ha proliferado para el calentamientode piscinas exteriores residenciales, en paísesdonde la legislación impide el uso de energíade otro tipo para este fin.

La energía fotovoltaica permite la obtenciónde energía a través de dispositivos semicon-ductores del tipo diodo que, al recibir radia-ción solar, se excitan, provocan saltos electró-nicos y una pequeña diferencia de potencialen sus extremos. El acoplamiento en serie devarios de estos fotodiodos permite la ob-tención de voltajes mayores en configuracio-nes muy sencillas y aptas para alimentar pe-queños dispositivos electrónicos. A mayor es-cala, la corriente eléctrica continua que pro-

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Energía solar termoeléctrica

Energía solar

Energía solar térmica

Energía fotovoltaica

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porcionan las placas fotovoltaicas se puedetransformar en corriente alterna e inyectar enla red, operación que es poco rentable econó-micamente y que precisa todavía de sub-venciones para su viabilidad. En entornos ais-lados en los que se requiere poca corrienteeléctrica y el acceso a la red está penalizadoeconómicamente por la distancia –estacionesmeteorológicas o repetidores de comuni-caciones–, se emplean las placas fotovoltaicascomo alternativa económicamente viable.

Alemania es, en la actualidad, el segundoproductor mundial de energía solar fotovol-taica tras Japón, con cerca de 5 millones demetros cuadrados de colectores de sol –por-centaje que sólo representa el 0,03 % de suproducción energética total–. Las ventas depaneles fotovoltaicos han crecido en elmundo al ritmo anual del 20 % en la décadade los noventa. En la Unión Europea, el cre-cimiento medio anual es del 30 %.

PANEL CONSUMO

FUSI

BLE

BATERÍA

Módulo fotovoltaico Regulador de carga

Batería

Inversor 12 Vcc/220 Vca

Sistema básico e ilustrativo de conexión.www.energias.org.ar

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Centrémonos, ahora, en la energía solar ter-moeléctrica. Una central térmica solar es unainstalación industrial en la que, a partir delcalentamiento de un fluido mediante radia-ción solar y su uso en un ciclo termodinámi-co convencional, se produce la potencianecesaria para mover un alternador quegenera electricidad, como en una central tér-mica clásica.

11 CC aa mm pp oo dd ee hh ee ll ii óó ss tt aa tt oo ss

22 CC aa ll ddd ee rr aa

33 EE dd ii ff ii cc ii oo dd ee aa ll mm aa cc ee nn aa--mm ii ee nn tt oo tt éé rr mm ii cc oo ,, gg ee --nn ee rr aa dd oo rr yy aa ll tt ee rr nn aa dd oo rr

44 TT rr aa nn ss ff oo rr mm aa dd oo rr ee ss

55 LL íí nn ee aa ss dd ee tt rr aa nn ss pp oo rr tt ee

La mayor central de energía solar delmundo se inauguró el 9 de septiembre de2004 en la ciudad de Espenhain, cerca deLeipzig, Alemania. Con 33.500 panelessolares modulares monocristalinos y unacapacidad de producción de 5 megava-tios, la central abastecerá a 1.800 hoga-res. La inversión ascendió a 20 millones deeuros, según Shell Solar y Geosol, las fir-mas constructoras.

En este sitio, usted encontrará informaciónadicional acerca de la utilización y la legis-lación de la energía solar fotovoltaica: http://archivo.greenpeace.org/GuiaSolar/S-home.htm

Constructivamente, es necesario concentrar laradiación solar para que se puedan alcanzartemperaturas elevadas, de 300 ºC hasta1000 ºC y obtener, así, un rendimiento acepta-ble en el ciclo termodinámico, que no se podríaobtener con temperaturas más bajas. La cap-tación y la concentración de los rayos solares

se hacen por medio de espejos con orientaciónautomática, que apuntan a una torre centraldonde se calienta el fluido, o con mecanismosmás pequeños de geometría parabólica. Elconjunto de la superficie reflectante y su dispo-sitivo de orientación se denomina helióstato.

Central de fuel de Castellon, España.www.thales.cica.es

Los fluidos y ciclos termodinámicos escogi-dos en las configuraciones experimentalesque se han ensayado, así como los motoresque implican, son variados y van desde elciclo Rankine (centrales nucleares, térmicasde carbón) hasta el ciclo Brayton (centralesde gas natural), pasando por muchas otrasvariedades como el motor de Stirling. En laactualidad, la tecnología sigue en fase experi-mental, y existen dudas sobre su futura via-bilidad técnica y económica.

Detengámonos en el estudio de un ciclo.

En la termodinámica6 se analizan, especial-mente, los sistemas termoelásticos, llamadosasí porque efectúan cambios de calor con elmedio exterior que los rodea y experimentanvariaciones de volumen por efecto de lasmodificaciones de su presión o de su tempe-ratura; son sistemas termoelásticos, los gasesy los vapores encerrados en un recinto cual-quiera. Cuando alguna de las propiedades deestos sistemas sufre un cambio continuo,experimenta una transformación. Si el estadofinal del sistema es distinto al del estado ini-cial, se ha producido una transformaciónabierta. Si, en cambio, al final de la transfor-mación, el estado del sistema coincide con elestado inicial, es decir si todas las propieda-des han retomado el valor inicial, se dice queel sistema ha recorrido una transformacióncíclica, es decir ha efectuado un ciclo. Por logeneral, los ciclos se desarrollan periódica y

repetidamente.

Toda máquina térmica que funciona a cicloscomprende los siguientes elementos esencia-les:

1. un fluido que evoluciona experimentan-do cambios de estado y recibiendo calor,y realizando trabajo; o viceversa;

2. una fuente calórica (el foco caliente) lla-mada también depósito de calor, dentrodel cual se agrega calor al fluido que evo-luciona y trabaja;

3. un receptor (el foco frío) llamado tam-bién sumidero, donde el fluido entregacalor; generalmente, es la atmósfera o unrío, lago o mar; y

4. un motor o máquina en el cual el fluidopuede realizar trabajo (si recibe calor) orecibir trabajo (cuando entrega calor).

El estudio teórico de los ciclos se efectúaconsiderando al aire como el fluido que evo-luciona, con calor específico constante ycumpliendo las leyes de los gases perfectos.Tal ciclo hipotético se denomina ciclo ideal ociclo reversible.

En el análisis de un ciclo cualquiera, hayinterés particular en determinar:

• la cantidad de calor suministrada y lacantidad de calor cedida,

• el trabajo neto,

• el rendimiento,

• la presión media efectiva, la cual seobtiene con la altura de un rectángulocuya área es igual al área encerrada en el

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6 Termodinámica:

a) Rama de la física que se ocupa del trabajo mecánico pro-ducido por cualquier máquina térmica.

b) La capacidad que cualquier máquina térmica tiene paraconvertir en trabajo mecánico la energía interna de cual-quier combustible.

ciclo; y cuya longitud es igual al volumende desplazamiento, es decir, al volumenbarrido por el émbolo durante una ca-rrera.

En lo que respecta a la energía solar termoe-léctrica, hemos mencionado los ciclosRankine y Brayton. Ambos ciclos se aplicanen las máquinas a vapor y en las centrales degas natural, respectivamente.

En el ciclo Brayton, la combustión de losgases se produce a presión constante. Si setrabaja a cielo abierto, los residuos se expul-san a la atmósfera; y, si es cerrado, los pro-ductos de la combustión pasan por un inter-cambiador o regenerador que aprovecha elcalor de los gases de la combustión paracalentar el aire comprimido que ingresa a lacámara de combustión.

El ciclo Brayton está compuesto por lassiguientes transformaciones:

a. compresión isoentrópica (adiabática)del aire, realizada dentro del compresor;

b. suministro del calor a presión constan-te, en la cámara de combustión;

c. expansión isoentrópica de los gases dela combustión dentro de la turbina;

d. entrega de calor a presión constante, esdecir el enfriamiento de los gases de lacombustión hasta llegar al estado inicial(a), reiniciándose el ciclo.

En cuanto al ciclo Rankine es aplicable a unamáquina a vapor con condensador. Duranteel funcionamiento real de una central devapor hay varios procesos que dificultan elanálisis exacto del problema; éstos son: laaceleración y la turbulencia producidas porla diferencia de presión necesaria para hacerfluir el vapor de una parte a otra de la máqui-na, los rozamientos, la conducción del vapora través de las paredes y la transferencia irre-versible de calor debida a la diferencia detemperatura entre el hogar y la caldera.

Para resolver el problema, se introducenalgunas hipótesis mediante el ciclo idealRankine en el cual todos los procesos sonreversibles, eliminándose las complicacionesmencionadas.

El ciclo comprende:

a. la compresión adiabática del agua, hastala presión necesaria en la caldera. Eneste proceso, sólo se produce una varia-ción muy pequeña de temperatura.

b. El calentamiento isobárico del aguahasta el punto de ebullición.

c. La vaporización isotérmica e isobáricadel agua, para convertirse en vaporsaturante.

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El trabajo realizado durante un ciclo esigual al área de la figura comprendida den-tro de la curva cerrada

d. El sobrecalentamiento isobárico delvapor, hasta convertirse en vapor sobre-calentado a una determinada tempera-tura.

e. La expansión adiabática del vapor, hastalograr la temperatura deseada.

f. La condensación isotérmica e isobáricadel vapor, hasta transformarse en aguasaturada

g. El ciclo tiene cambios, dependiendo desi la máquina tiene o no recalentador.

Un combustible:El hidrógenoEn un principio, el hidrógeno no se distin-guió de otros gases, hasta que el químico bri-tánico Henry Cavendish demuestra, en 1766,que se forma en la reacción del ácido sulfúri-co con los metales y, más tarde, descubre queel hidrógeno es un elemento independienteque se combina con el oxígeno para formaragua. El químico británico Joseph Priestley lollama “aire inflamable”, en 1781; y el quími-co francés Antoine Laurent de Lavoisier le da,finalmente, el nombre de hidrógeno.

En la tabla periódica no hay una posicióntotalmente adecuada para el hidrógeno. Separece a los metales alcalinos en que tiene suCEE (configuración electrónica externa) unsolo electrón en el subnivel s y en que formael ion H+, el cual es hidratado en solución, si-milar, por ejemplo a los iones Na+ (ac).

En otro orden, el hidrógeno forma tambiéniones hidruro (H- ), los cuales son muy reac-tivos para existir en agua; pero, existen enalgunos compuestos iónicos.

En condiciones normales, es un gas incoloro,inodoro e insípido, compuesto de moléculasbiatómicas H2.

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Por más de un siglo, el hidrógeno se haconsiderado como un combustible conve-niente y limpio. Puesto que se obtiene deuna diversa gama de fuentes domésticas,el hidrógeno puede reducir los costoseconómicos, políticos y ambientales delos sistemas de energía; y, producto defuentes renovables, ofrece un potencialde energía sostenible.

El hidrógeno es un portador de energía–como la electricidad– y puede producir-se a partir de una amplia variedad defuentes tales como: el gas natural, el car-bón, la biomasa, el agua, etc., así como delas aguas negras, de los residuos sólidos,de las llantas y de los desechos de petró-leo.

NOMBRE HIDRÓGENO

Número atómico 1

Estado de oxidación +1

Electronegatividad 2,1

Radio covalente (Å) 0,37

Radio iónico (Å) 2,08

Presión crítica (bar) 12,98

Configuración electrónica 1s1

Densidad del gas(15 °C, 1 atm) (kg/m3) 0,0899

Masa molar (g/mol) 2,016

Densidad del líquido (kg/m3) 70,973

Punto de ebullición (ºC) y 1 atm -252,766

Punto de fusión (ºC) 1 atm -259,2

El átomo de hidrógeno, símbolo H, consta deun núcleo de unidad de carga positiva y unsolo electrón. Tiene número atómico 1 y masaatómica de 1.00797. Es uno de los constitu-yentes principales del agua y de toda la materiaorgánica, y está distribuido de manera ampliano sólo en la Tierra sino en todo el universo.Existen 3 isótopos del hidrógeno: el protio, denúmero másico 1, que representa más del99.98 % del elemento natural; el deuterio, denúmero másico 2, que se encuentra en la natu-raleza, aproximadamente en un 0.02 %; y, eltritio, de número másico 3, que aparece enpequeñas cantidades en la naturaleza, pero quepuede producirse artificialmente por medio devarias reacciones nucleares.

El hidrógeno en estado libre sólo se encuen-tra en muy pequeñas cantidades en la atmós-fera; aunque, en el espacio interestelar, abun-da en el Sol y otras estrellas; es, de hecho, elelemento más común en el Universo, consti-tuyendo el 70 % de su masa total. En combi-nación con otros elementos, se encuentraampliamente distribuido en la Tierra, siendoel tercer elemento en abundancia.

El compuesto más abundante e importantedel hidrógeno es el agua, H2O.

El hidrógeno se halla en todos los compo-nentes de la materia viva y de muchos mine-rales. También es parte esencial de todos loshidrocarburos y de una gran variedad deotras sustancias orgánicas. Todos los ácidoscontienen hidrógeno; una de las característi-cas que define a los ácidos es su disociaciónen una disolución, produciendo iones hidró-geno.

El hidrógeno reacciona con una gran varie-dad de elementos no metálicos. Se combinacon nitrógeno –en presencia de un cataliza-dor– formando amoníaco; con azufre, for-mando sulfuro de hidrógeno; con cloro, for-mando cloruro de hidrógeno; y, con oxígeno,para formar agua. Para que se produzca lareacción entre oxígeno e hidrógeno a tempe-ratura ambiente, se necesita la presencia deun catalizador como el platino finamentedividido. Si se mezcla con aire u oxígeno y seprende, explota. También se combina conciertos metales como sodio y litio, formandohidruros. Actúa como agente reductor deóxidos metálicos como el óxido de cobre,extrayendo el oxígeno y dejando el metal enestado puro. El hidrógeno reacciona concompuestos orgánicos insaturados, forman-do los compuestos saturados correspondien-tes. Grandes cantidades de hidrógeno seemplean como combustible de cohetes, encombinación con oxígeno o flúor, y como unpropulsor de cohetes impulsados por energíanuclear.

Se obtiene en el laboratorio por la acción deácidos diluidos sobre los metales –como elcinc– y por electrólisis del agua. Industrial-

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Hidrógenomolecular

fluído

Zona detransición

Hidrógenometálico

fluído

Núcleoprobable

Hidrógeno en Júpiter

mente, se producen grandes cantidades dehidrógeno a partir de los combustibles gase-osos.

El hidrógeno se separa del vapor de agua, delgas natural y del gas de hulla, bien por licua-ción de los demás componentes del gas, bienpor conversión catalítica del monóxido decarbono en dióxido de carbono, que resultafácilmente extraíble.

La hidrogenación de aceites para producirgrasas comestibles, la de la hulla para produ-cir petróleo sintético y la que tiene lugar enel refinado del petróleo, requieren grandescantidades de hidrógeno.

Es el gas menos denso que existe, y se ha uti-lizado para inflar globos y dirigibles.

El hidrógeno es la sustancia más inflamablede todas las que se conocen. El hidrógeno es

un poco más soluble en disolventes orgáni-cos que en el agua.

Muchos metales absorben hidrógeno. Laadsorción del hidrógeno en el acero puedevolverlo quebradizo, lo que lleva a fallas en elequipo para procesos químicos.

A temperaturas ordinarias, el hidrógeno esuna sustancia poco reactiva, a menos quehaya sido activado de alguna manera; porejemplo, por un catalizador adecuado. Atemperaturas elevadas, es muy reactivo.

Aunque, por lo general, es biatómico, elhidrógeno molecular se disocia a temperatu-ras elevadas en átomos libres. El hidrógenoatómico es un agente reductor poderoso, aúna la temperatura ambiente. Reacciona con losóxidos y los cloruros de muchos metales,entre ellos la plata, el cobre, el plomo, el bis-muto y el mercurio, para producir los meta-les libres. Reduce a su estado metálico algu-nas sales, como los nitratos, nitritos y cianu-ros de sodio y potasio. Reacciona con ciertonúmero de elementos, tanto metales comono metales, para producir hidruros, como elNaH, KH, H2S y PH3. El hidrógeno atómico

produce peróxido de hidrógeno, H2O2, con

oxígeno. Con compuestos orgánicos, elhidrógeno atómico reacciona para generaruna mezcla compleja de productos; con etile-no, C2H4, por ejemplo, los productos son:

etano, C2H6, y butano, C4H10.

El calor que se libera cuando los átomos dehidrógeno se recombinan para formar lasmoléculas de hidrógeno, se aprovecha paraobtener temperaturas muy elevadas en solda-dura de hidrógeno atómico.

22

El Hindenburg y otros dirigibles

23

Poder caloríficoinferior

Densidad

Coeficientede difusión

Límites dedetonación

Límitesde explosión

Poder caloríficosuperior

Factorde compresibilidad

0,0899 g/cm3 (gas)0,0708 kg/l (liquido)

120 MJ/kg

141,86 MJ/kg

4,0 - 75,0 %(concentración de H2 en aire)

18,3 - 59,0 %(concentración de H2 en aire)

0,61 cm2/s

De acuerdo conla siguiente tabla

LOS NÚMEROS DEL HIDRÓGENO

EJEMPLO DE APLICACIÓN DEL FACTOR DE COMPRESIBILIDAD:1 botella (las convencionales) de 50 litros a 200 bar de hidrógeno contiene a 0 oC:

0,050 m3 ·200 bar / 1,132 = 8,834 Nm3

1 50 100 150 200 250 300 350 400 500 600 700 800 900 1000

1 1,032 1,065 1,089 1,132 1,166 1,201 1,236 1,272 1,344 1,416 1,489 1,560 1,632 1,702

Presión(bar)

Factor decompresión

1 = 11,12 = 14,12 = 120 = 33,330,0899 = 1 = 1,270 = 10,8 = 3,000,0708 = 0,788 = 1 = 8,495 = 2,3590,00833 = 0,0926 = 0,1177 = 1 = 0,2780,0300 = 0,333 = 0,424 = 3,6 = 1

EQUIVALENCIAS HIDRÓGENO-ENERGÍA

Masa H2(kg)

H2 gas(Nm3)

H2 líquido*

(litros)Energía**

(MJ)Energía**

(kW·h)

* El hidrógeno es líquido a presión atmosférica por debajo de 20,39 K.** Basado en poder calorífico inferior.

Calor específico apresión constante

Cp = 14,199 J (kg.K)

Calor específico avolumen constante

Cv = 10,074 J (kg.K)

24

Consideremos algunos ejemplos:

• Un electrolizador con un rendimiento del

85 % que produce 10 Nm3 por hora,

tiene un consumo eléctrico de 35,29 kW

, y consume 8,091 kg de agua por

hora, .

• Una pila de combustible de 10 kW que

tiene un rendimiento global del 45 %, con-

sume 7,40 Nm3 por hora de H2,

o 0,667 kg/hora de H2, , y pro-

duce 6,00 kg de agua a la hora, .

El hidrógeno reacciona con oxígeno para for-mar agua. Esta reacción es extraordinaria-mente lenta a temperatura ambiente; pero, sila acelera un catalizadorcomo el platino ouna chispa eléctrica, se realiza con violenciaexplosiva.

La ecuación que representa la reacción es:

2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (l) + energía

Al analizar cambios de energía de este tipo,se puede considerar a la mezcla reaccionante(moléculas de hidrógeno, oxígeno y agua)como el sistema y al resto como el entorno.

1 = 11,12 = 14,12 = 33,330,0899 = 1 = 1,270 = 3,000,0708 = 0,788 = 1 = 2,3590,00833 = 0,0926 = 0,1177 = 0,2780,0300 = 0,333 = 0,424 = 1

CAUDAL DE HIDRÓGENO - POTENCIA ELÉCTRICA

kg/hde H2

Nm3/hde H2 gas

Litros/hde H2 líquido*

Potencia**

(kW)

* El hidrógeno es líquido a presión atmosférica por debajo de 20,39 K.**Basado en poder calorífico inferior.

Comparación entre el hidrógeno y otros combustibles–Valor energético basado en poder calorífico inferior–

1 kg de H2 2,78 kg de nafta 2,80 kg de gasoil 2,40 kg de metano entre 2,54 y 3,14 kg degas natural (dependiendo de la composición del GN) 2,59 kg de propano 2,62 kg de butano

6,09 kg de metanol.

1 litro de H2 líquido 0,268 litros de gasolina 0,236 litros de gasóleo 0,431 litros de metanol.

1 litro de H2 (a 350 bar) 0,0965 litros de nafta 0,0850 litros de gasoil 0,240 litros de metano(a 350 bar) entre 0,3 y 0,35 litros de gas natural (a 350 bar) 0,117 litros de propano (a 350 bar)

0,127 litros de butano (a 350 bar) 0,191 litros de metanol.

10.3,000,85

10.0,0899.

10.0,0330,45 18

20,667.

10.0,3330,45

� 182 �

� �

� �� �

� �

25

Dado que la energía no se puede crear ni des-truir, cualquier pérdida de energía del siste-ma es de ganancia del entorno.

Así, el calor genera-do por el procesode combustión setransfiere del siste-ma al entorno.Cualquier procesoque cede calor (estoes, que transfiereenergía térmica a suentorno) se deno-mina proceso exo-térmico.

Con nitrógeno, el hidrógeno experimentauna importante reacción para dar amoniaco.El hidrógeno reacciona a temperaturas eleva-das con cierto número de metales y producehidruros. Los óxidos de muchos metales sonreducidos por el hidrógeno a temperaturaselevadas, para obtener el metal libre o unóxido más bajo. El hidrógeno reacciona atemperatura ambiente con las sales de losmetales menos electropositivos y los reduce asu estado metálico. En presencia de un cata-lizador adecuado, el hidrógeno reaccionacon compuestos orgánicos no saturados, adi-cionándose al enlace doble.

Hidrógeno solar

En general, elalmacenamientodel hidrógeno enbaterías es ade-cuado para valo-res de potenciaalmacenada rela-tivamente peque-ños. Para poderlograr sistemasautónomos des-centralizados, noobstante, se nece-sita almacenarcantidades supe-riores de energía.

En la pila decombust ib le

que le proponemos in-tegrar en sus clases,esa energía liberadaen la reacción es utili-zada para poner enfuncionamiento un pe-queño motor o paraponer en acción unahélice.

Un combustible:El hidrógeno

Hidrógeno solar

Almacenamiento del hidrógeno

Obtención térmica

Obtención eléctrica–electrolíticamente–

Obtención directa

Descomposición directa

Proceso termoquímico

biofotólisis

fotólisis

Generación de energíaa partir del hidrógeno

El Hydrociclo® es unconcepto de bicicletade pila de combustible,desarrollado por Man-hattan Scientifics; enél, el combustible hi-drógeno es almacena-do en un contenedor apresión, de fibras decarbón de 2 litros, ubi-cado atrás del asiento.La bicicleta, desarrolla-da para competir conlas bicicletas actualesde baterías, tiene unaautonomía de 70 a 100kilómetros y una velo-cidad máxima de 30kilómetros por hora.

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El almacenamiento de hidrógeno se tiene enla perspectiva como el más promisorio, porofrecer muchas ventajas:

• Se obtiene por descomposición del agua,que es abundante y asequible.

• No influye en el medio ambiente y, cuan-do cede la energía almacenada, sólogenera, de nuevo, agua. O sea, es limpioy renovable.

• Es adecuado para el uso doméstico eindustrial.

• Se transporta y almacena con pocas pér-didas.

El ciclo del hidrógeno solar comprende:

• La obtención de hidrógeno utilizandoenergía solar (fotovoltaica u otra).

• El almacenamiento de esta energía (que,desde luego, también puede utilizarsedirectamente).

• La distribución o transportación del H2 (laque es de menor peso relativo en aquel ám-bito en el que se tiene abundante sol y sepuede descentralizar el sistema energético).

• La reconversión a otro tipo de energíaútil (ya sea eléctrica o calor, en distintasformas).

www.humboldt.edu

En el sitio web de la Asocia-ción española del hidrógeno, ustedpuede encontrar información sobre

uso energético del hidrógeno: http://aeh2.org/ponencias/pres03.pdf

El hidrógeno puede obtenerse de energía tér-mica, eléctrica (electrolíticamente) o directa-mente.

Para la obtención de hidrógeno del agua uti-lizando energía solar térmica, pueden emple-arse la descomposición directa y el procesotermoquímico:

• Descomposición directa. Se necesita deldesarrollo de materiales que puedansoportar más de 2000 °C de temperatura,para disociar la molécula de agua porcalor.

• Proceso termoquímico. Puede usarse ladescomposición termoquímica; se bus-can, entonces, materiales reciclables efi-cientes y que puedan soportar muchosciclos de oxidación-reducción. Por ejem-plo, el vapor de agua a alta temperaturase hace circular a través de polvo de hie-rro; éste se oxida tomando el oxígeno delvapor y el hidrógeno queda libre. Esnecesario queel óxido dehierro puedar e d u c i r s enuevamente,para repetir elciclo.

Decíamos que también es posible la obten-ción de hidrógeno utilizanndo electricidad. Laelectricidad para la electrólisis puede obte-nerse por diversas vías, a partir de la energíasolar, con la conversión térmica, la energíaeólica, la hidroenergía y otras fuentes renova-bles.

Para convertir la energía eléctrica en hidróge-

no se necesitan los electrolizadores, que sonequipos modulares cuya unidad es la celdaelectrolítica (un vaso). El escalado de siste-mas modulares, o sea, de aquellos donde selogra una mayor potencia incorporando unnúmero mayor de unidades, es más simple yconstituye un factor importante.

En cada pila, los elementos constituyentesson los electrodos y el electrolito. Las reac-ciones que se producen en uno y otro elec-trodo son las siguientes.

• Reacciones en la electrólisis en mediobásico (alcalina):

En el cátodo (Reducción):

4 H2O + 4 e- 2 H2 + 4 OH-

En el ánodo (Oxidación):

4 HO- 2 H2O + O2 + 4 e-

• Reacciones en la electrólisis en medioácido (ácida):

En el cátodo (Reducción):

4 H3O+ + 4 e- 4 H2O + 2 H2

En el ánodo (Oxidación):

6 H2O 4 H3O+ + O2 + 4 e-

Como se puede observar, en una y otra elec-trólisis, el hidrógeno se desprende en el cáto-do y el oxígeno en el ánodo; se invierte, así,la formación de agua que ocurre en el ánodo,

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La instrumentaciónpráctica de estasposibilidades es le-jana aún.

en la alcalina, y en el cátodo, en la ácida.

En ambos casos, ocurre la reacción neta:

2 H2O + electricidad 2 H2 + O2 + calor

Los electrolizadores ácidos trabajan en con-diciones más agresivas y corrosivas para elcátodo, donde se desprende hidrógeno, quelos alcalinos7.

Hablábamos de un tercer modo de obtencióndel hidrógeno, su obtención directa. Aunqueel hidrógeno puede producirse según lasvariantes analizadas, en la descomposicióndirecta sólo hay una transformación de ener-gía; por lo tanto, éste resulta el mejor camino–energéticamente hablando–.

El agua se descompone fotoquímicamente,utilizando:

• biofotólisis y

• fotólisis.

Las plantas y bacterias han resuelto de mane-ra eficiente la descomposición del agua, a tra-vés del proceso de biofotólisis que formaparte de la fotosíntesis. La planta utiliza loscuantos de luz para obtener oxígeno e hidró-geno –aunque, este último no se obtiene ensu forma molecular sino que pasa, por otrasreacciones, a formar parte de la biomasa quela planta sintetiza utilizando también CO2

del aire–. La planta almacena la energía solaren la biomasa que produce. Algunas algas, encondiciones especiales, pueden producirhidrógeno molecular, por lo que su cultivo esuna vía de producir hidrógeno utilizando labiofotólisis8.

La investigación del proceso de biofotólisisha conocido grandes progresos en la últimadécada, en cuanto a la caracterización bio-química de las algas que son capaces dehacerlo y a las condiciones necesarias paraque la producción de hidrógeno ocurra;pero, falta un largo camino que recorrer parala obtención del alga superproductora y parael diseño de fotobioreactores adecuados quepermitan la realización de un proceso tecno-lógicamente práctico para que la producción

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7 Savadogo O (1996) Proceeding of the 11th World HydrogenEnergy Conference. John Wiley and Sons. New York.

8 Podestá J. J.; R. C. V. Piatti, R. C. V. (1997) HydrogenEnergy. Vol. 22.Vigil, Elena (s/f) “El ciclo del hidrógeno solar y los nuevosmateriales”. Cátedra de Energía Solar. Instituto de Materialesy Reactivos. Facultad de Física. Universidad de La Habana.La cita de este material ha sido autorizada por FernandoGonzález, coordinador de la Red Solar.www.cubasolar.cu

En la pila de combustible que pro-ponemos como recurso didáctico,

el hidrógeno se obtiene mediante electró-lisis del agua desionizada, utilizando unpolímero similar al teflón como electrolito.

La relación entre los componentes de estapila es similar a la secuencia del hidróge-no solar: En nuestro modelo, un panelfotovoltaico transforma la energía solaren energía eléctrica. Esta energía eléctri-ca hace funcionar el electrolizador y per-mite la producción de hidrógeno y oxígenopor electrólisis del agua desionizada. Losproductos de la electrólisis se introducenen la PEM –Protonic ExchangeMembran–; allí, se produce el procesoinverso de la electrólisis; entonces, el sis-tema recupera el agua y produce energíaeléctrica que pone en funciona-miento un pequeño motor.

de hidrógeno a partir de luz, agua, dióxidode carbono y algas verdes, se convierta en lamayor fuente biológica de energía renovable,sin emisión de gases con efecto invernaderoni contaminación medioambiental.

La fotólisis es el procedimiento empleado porel hombre para descomponer directamente lamolécula de agua mediante la radiaciónluminosa, en lugar de la electricidad. Esteprocedimiento está en desarrollo; aún no seaplica en la práctica y se trabaja en los mate-riales para lograrlo. Los sistemas utilizadoshasta el momento se basan en la interfaseelectrolito semiconductor, al igual que laspilas fotovoltaicas electroquímicas quehemos descrito.

Al principio de la década del setenta,Fujishima y Honda demostraron el uso defotoelectrodos semiconductores para la des-composición fotoasistida de la molécula deagua. Estos investigadores emplearon el dió-xido de titanio como semiconductor. El ele-mento clave para poder introducir en la prác-tica este tipo de pila es el material para elfotoelectrodo; su eficiencia de conversiónfotoquímica de la energía del espectro solar ysu estabilidad en el tiempo son factores críti-cos para determinar el buen comportamientoy la eficiencia de la pila.

En general, los diseños reportados puedenclasificarse en dos grupos:

• pilas homogéneas; aquellas en que tantoel cátodo como el ánodo están en elmismo electrolito y

• pilas heterogéneas que tienen comparti-mentos separados con diferentes elec-

trolitos para el cátodo y el ánodo, con elobjetivo de producir una diferencia devoltaje adicional. Uno solo de los electro-dos puede recibir la luz o pueden actuarambos como fotoelectrodos.

En estas pilas, como en las fotoelectroquími-cas fotovoltaicas, existen fotoelectrodos quese descomponen o degradan con la luz, yfotoelectrodos estables pero poco eficientes–porque sólo absorben una pequeña partedel espectro solar–. Para extender la zona deabsorción, se ha trabajado en dopar el semi-conductor, así como en sensibilizar el semi-conductor o la solución electrolítica9.

También se han reportado pilas fotoelectrolí-ticas para la obtención de hidrógeno, a partirde agua de mar. Todas estas investigacionesestán indisolublemente unidas al estudio denuevos materiales. Recientemente, en elNational Renewable Energy Laboratory deEE.UU. se ha obtenido una estructura sobrela base de semiconductores III-V (comoGa/As e In/P y sus aleaciones). Como semi-conductores de este tipo también podemosencontrar, fundamentalmente, el Ga/As juntocon la solución sólida AlxGa1-xAs, los II-VI

CdS, CuInSe2, CdTe, con las cuales se ha

logrado una eficiencia para la producciónfotolítica de hidrógeno superior al 10 %, porprimera vez. Llegar a materiales que permi-tan introducir en la práctica el proceso defotólisis tendrá, sin duda, grandes implica-ciones de tipo político, económico y social,así como la reconsideración de los presu-

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9 En esta dirección, se destacan las investigaciones deSavadogo (1971), Kikkawa et al. (1991) y Gurunathan et al.(1993) citadas por Kikkawa, B.S. (1991); Ph. D. de laUniversidad de California y de la Universidad dePennsylvania.

puestos estatales para implementar la pro-ducción del hidrógeno en escalas hasta ahoraimpensadas.

Almacenamiento de hidrógeno

El hidrógeno puede almacenarse como gasnatural. La densidad energética (energíaalmacenada por unidad de volumen) delhidrógeno gaseoso, incluso comprimido, esbaja. Por ello, esta forma de almacenamientono es adecuada para usos en el transporte porel espacio que requiere.

La mayor parte de las investigaciones enmateriales para el almacenamiento de hidró-geno tienen como objetivo su uso en eltransporte, con el propósito de reducir lasdimensiones del tanque de hidrógeno nece-sario para garantizar los recorridos que sealcanzan actualmente con la nafta.

El hidrógeno puede combustionarse directa-mente; es posible convertir los motores delos vehículos actuales para ello. Sin embargo,la solución que parece más viable en la pers-pectiva es el uso de motores eléctricos, máseficientes que los de combustión interna, enlos que la electricidad proviene de una pilade combustible que transforma en electrici-dad la energía almacenada en el hidrógeno.Éste es un proceso limpio donde sólo segenera agua. Los materiales que se investi-gan10 deben ser capaces de retener y expul-sar el hidrógeno con facilidad bajo la acción,por ejemplo, de variaciones de temperaturay/o presión. Se busca, también, aumentar la

relación de masa de hidrógeno almacenada avolumen ocupado y disminuir el peso totaldel “depósito”. Se han utilizado y estudianhidruros de compuestos intermetálicos, zeo-litas y carbones superactivados.

También se investigan materiales compósi-tos11 para lograr depósitos de hidrógenogaseoso a presión, más ligeros que los em-pleados normalmente12.

Generación de energíaa partir del hidrógeno

Del hidrógeno puede obtenerse energía tér-mica, por combustión o electricidad, utili-zando las pilas de combustible.

Las pilas de combustible se basan en el pro-ceso inverso a la electrólisis del agua: Enellas, el hidrógeno y el oxígeno se recombi-nan para dar agua. Ésta es una reacción condesprendimiento de energía, lo que se haceen forma de electricidad en estas pilas. Aligual que en las pilas para la electrólisis delagua, los estudios para el desarrollo de estaspilas abarcan tanto los materiales de los elec-trodos y los electrólitos sólidos, como mate-riales y procesos catalizadores de la reacción.

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10Kronberger, H. (1996) Hydrogen Energy. Vol. 21; Weitkampet al. (1995) Hydrogen Energy. Vol. 20.

11 Un compósito es un material constituido por más de uncomponente.

12 Chahine, R.; Bose, T. K. (1996) Proceeding of the 11th WorldHydrogen Energy Conference. John Wiley and Sons. NewYork.

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Las pilas de combustible tienen las ventajasde:

• Ser modulares.

• No tener partes móviles.

• No contaminar.

• No hacer ruido.

• Ser seguras.

• Tener altas eficiencia y densidad deenergía.

• Ser de fácil mantenimiento.

Como en otras partes componentes del siste-ma del hidrógeno solar, las investigacionessobre los materiales están guiadas a reducirlos costos y a aumentar la eficiencia.

Dos objetivos fundamentales dependen deldesarrollo futuro de las pilas de combustibley de los materiales que ellas utilizan:

• los sistemas de energía autónomos basa-dos en el ciclo del hidrógeno y

• los vehículos eléctricos.

En el caso de los vehículos eléctricos sobre labase de pilas de combustible que se están

Alcalinas, KOH 30 % 40-50 % Militar, espacial 10-100 kW

Ácidas, ácido fosfórico 40-45 % Cogeneración durante “picos” 1 kW-5 MW

Carbonato fundido 45-60 % Gasificación de carbón 1-100 MW

Óxidos sólidos 45-60 % Cogeneración 0,1-100 MW

Polímero –PEM– 45-50 % Transporte, sistemas de energía Hasta 1 MWautónomos

13 Fuel Cell Sistems (1993) Celdas de combustible.

Pilas de combustible13

Tipo Eficiencia Uso Potencia

En el aeropuerto de Munich, Alemania, porejemplo, hay una gasolinera muy especial queprovee hidrógeno líquido. Es la primera que seabre en el mundo e inicia el camino que vadirectamente a la automoción del futuro.La idea proviene de 1839 y, desde entonces, noha cesado en evolución, siempre en el mismosentido: unir hidrógeno y oxígeno para darlugar a una reacción química que produceelectricidad en grandes cantidades. Su aplicación se ha aprovechado en navesespaciales; las naves norteamericanasGéminis y Apolo alimentaban electricidad conpilas de combustible. Esto, sumado a la utiliza-ción que hacen los submarinos, es una claramuestra de su utilidad.En cuanto a su aplicación en automóviles, seestá estudiando la posibilidad de construir unauto con motor eléctrico, dirigido por la ener-gía obtenida del hidrógeno en las pilas de com-bustible.Quizá, uno de los experimentos más avanzadossea el que ha unido a Mercedes Benz y Shellen Europa. Tiene, sobre todo, el interés de invo-lucrar por primera vez a una compañía petrole-ra en un proyecto de este tipo. En este sitio, usted puede encontrar una notaperiodística acerca de la utilización del hidró-geno como combustible: http://axxon.com.ar/not/132/c-1320050InfoHidrogeno.htm.También resulta de mucho interés la informa-ción del sector de enlaces de http://www.otrasenergias.com y la de http://wworldwide.fuelcells.org/sp_base.cgim

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desarrollando por prácticamente todos losfabricantes de autos, se está tratando de utili-zar un combustible fósil y, de él, obtener elhidrógeno. Por esta vía, por lo tanto, sesiguen enviando grandes cantidades de CO2

al medio ambiente –aunque, un poco menor,dada la mayor eficiencia del motor eléctrico–.La opción verdaderamente limpia es desarro-llar la utilización del hidrógeno.

Si bien hemos mencionado distintas técnicasde obtención de hidrógeno, nos detendre-mos en la que nos interesa para la produc-ción del hidrógeno de nuestro equipo, que esla electrólisis.

La electrólisis

Una de las formasde energía demayor importan-cia para el mundoactual es la ener-gía eléctrica.

Existe un área de la Química que trata de lainterconversión de energía eléctrica y energíaquímica; es la electroquímica. Su campo deestudio son las reacciones que incluyen dosprocesos diferentes:

• el proceso en el cual, a partir de unareacción química espontánea, se obtieneelectricidad (pila galvánica) y

• el proceso inverso a éste, denominadoelectrólisis, por el cual una sustanciaquímica se descompone (pila electro-química).

Dado que todas las reacciones químicasimplican intercambio de electrones de unasustancia a otra, su acción puede entenderseen términos de reacciones redox, denomina-das así ya que la oxidación y la reducciónocurren simultáneamente.

El resultado de las reacciones redox en con-diciones del estado estándar se puede prede-cir mediante la utilización de la tabla depotenciales estándar de reducción a 25 °C, yasea que éstas reacciones se lleven a cabo enuna pila electroquímica –en la que el agentereductor y el agente oxidante están física-mente separados uno del otro– o en un vasodonde se mezclan todos los reactivos juntos.

Imaginemos, porejemplo, un día sinenergía eléctrica–ya sea de la com-pañía de luz o de lasbaterías–.

Contrariamente a las reacciones redoxespontáneas, que resultan en la conver-sión de energía química en energía eléc-trica, la electrólisis es el proceso en el quela energía eléctrica se usa para provocaruna reacción química que no ocurriríaespontáneamente.

Li+|Li Li + e- = Li -3,045

K+|K K+ + e- = K -2,925

Ca2+|Ca Ca2+ + 2 e- = Ca -2,866

Electrodo Proceso catódico de reducción Eo (volt)Tabla de potenciales normales de reducción estándar a 25 °C

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Na+|Na Na+ + e- = Na -2,714

Mg2+|Mg Mg2+ + 2 e- = Mg -2,363

Al3+|Al Al3+ + 3 e- = Al -1,662

Mn2+|Mn Mn2+ + 2 e- = Mn -1,179

OH-|H2 (Pt) 2 H20 + 2 e- = H2 + 2OH- -0,828

Zn2+|Zn Zn2+ + 2 e- = Zn -0,763

S2-|S (Pt) S + 2 e- = S2- -0,479

Fe2+|Fe Fe2+ + 2 e- = Fe -0,44

Cr3+,Cr2+ | Pt Cr3+ + e- = Cr2+ -0,408

Cd2+|Cd Cd2+ + 2 e- = Cd -0,403

Tl+|Tl Tl+ + e- = Tl -0,336

Co2+|Co Co2+ + 2 e- = Co -0,277

Ni2+|Ni Ni2+ + 2 e- = Ni -0,250

Sn2+|Sn Sn2+ + 2 e- = Sn -0,136

Pb2+|Pb Pb2+ + 2 e- = Pb -0,126

Fe3+|Fe Fe3+ + 3 e- = Fe -0,037

H+|H2 (Pt) 2H+ + 2 e- = H2 0,000

Sn4+,Sn2+|Pt Sn4+ + 2e- = Sn2+ +0,150

Cu2+,Cu+|Pt Cu2+ + e- = Cu+ +0,153

Cu2+|Cu Cu2+ + 2 e- = Cu +0,336

OH-|O2 (Pt) O2 + 2 H2O + 4e- = 4 OH- +0,401

Cu+|Cu Cu+ + e- = Cu +0,520

I-|I2 (Pt) I2 + 2e- = 2I- +0,535

Fe3+, Fe2+|Pt Fe3+ + e- = Fe2+ +0,770

Hg22+|Hg Hg2

2+ + 2e- = 2Hg +0,788

Ag+|Ag Ag+ + e- = Ag +0,799

Hg2+|Hg Hg2+ + 2e- = Hg +0,854

Electrodo Proceso catódico de reducción Eo (volt)

34

La corriente eléctrica consiste en el flujo omovimiento de cargas eléctricas, ya seanelectrones o iones, a través de un conductor–por ejemplo, un hilo de cobre o una solu-ción salina–. Para que se produzca ese movi-miento de cargas, debe existir una diferencia

de potencial eléctricoentre dos puntos de eseconductor. Esta diferen-cia se produce medianteun dispositivo que posi-bilita el flujo de corrien-te eléctrica (una bateríao una pila).

El químico inglés sirHumphry Davy (1778-1829) es el primero enemplear este procedi-miento en sustancias

fundidas.

Michael Faraday(1791-1867) lla-ma electrólisis alproceso que con-siste en descom-poner sustancias através del uso de lacorriente eléctrica continua.

Además, denomina:

• electrolitos, a las sustancias que, al disol-verse en agua, producen una solucióncapaz de conducir la electricidad;

• electrodos, a las varillas de metal o placas(pueden ser también de grafito) que seintroducen en la solución o en la sustan-cia fundida;

Electrodo Proceso catódico de reducción Eo (volt)

Hg2+, Hg22+| Pt 2Hg2+ + 2e- = Hg2

2+ +0,919

Br-|Br2 (Pt) Br2 + 2e- = 2Br- +1,066

H+|O2 (Pt) O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O +1,229

Tl3+,Tl+ | Pt Tl3+ + 2e- = Tl+ +1,252

Cr2O72-, H+,Cr3+ | Pt Cr2O7

2- + 14 H+ + 6e- = 2Cr3+ + 7H2O +1,333

Cl- |Cl2 (Pt) Cl2 + 2e- = 2Cl- +1,359

Au3+|Au Au3+ + 3e- = Au +1,497

MnO4- , H+, Mn2+|Pt MnO4

- +8H+ + 5e- = Mn2+ + 4H2O +1,507

Au+|Au Au+ + e- = Au +1,691

Pb4+, Pb2+|Pt Pb4+ + 2e- = Pb2+ +1,693

Co3+, Co2+|Pt Co3+ + e- = Co2+ +1,808

F- | F2 (Pt) F2 + 2e- = 2F- +2,865

Michael Faraday: Quí-mico y físico inglés, esreconocido por muchoscomo el experimenta-dor más grande delsiglo XIX. Fue el in-ventor del motor eléc-trico y la primera perso-na en demostrar el prin-cipio que gobierna a losgeneradores eléctricos.Además de incursionaren los campos de la e-lectricidad y el magne-tismo, también trabajóen actividad óptica ydescubrió y dio nombreal benceno.

Electrólisis procedede dos radicales,electro que hacereferencia a electri-cidad y lisis quequiere decir rotura.

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14 Savadogo, Oumarou (1996) Materiales utilizados en celdaselectrolíticas. Laboratoire de Electrochimie, MatérielsEnergetiques École Polyechnique. Montreal.

15 Hasta el momento, las membranas PEM desarrolladas que

actúan como electrolito sólido no pueden trabajar a tempe-raturas superiores a 180 °C, lo cual sería una ventaja. Ellograr mayores eficiencias, estabilidad y durabilidad amenor costo, depende del desarrollo futuro de los materia-les necesarios para las partes componentes.

• ánodo, al electrodo positivo y

• cátodo, al electrodo negativo;

• iones (palabra que, en griego, significa“viajero”), a las entidades que viajanhacia los electrodos;

• aniones, a los que van hacia el ánodo, y

• cationes, a los que se trasladan hacia elcátodo.

Materiales para pilas electrolíticas

En las pilas electrolíticas se logra descompo-ner la molécula de agua cuando se aplica un

voltaje mayor que el mínimo indispensablede 1,23 V.

Para cumplir con este proceso, se desarrollanmateriales para electrodos que permiten que elvoltaje necesario sea lo más cercano a 1,23 V.

Para la optimización de la pila, también seutilizan y prueban diferentes electrocataliza-dores, así como los materiales de las mem-branas necesarias para mantener sin mez-clarse, el oxígeno e hidrógeno que se for-man. Se emplean tanto electrolitos ácidoscomo alcalinos, y se tratan de encontrar lamayor eficiencia y durabilidad a los meno-res costos.

Materiales utilizados en pilas14

Material Electrólisis en medio ácido Electrólisis en medio básico

Para cátodos

PlatinoCarbón con Pt

Compuestos con Pt, Pd-P, Au-P y Co-P amorfos

Níquel brillante o poroso(níquel-Raney)

Para ánodosRuO2 (óxido de rutenio) ,

IrO2 (óxido de iridio), óxidode Ru-Ir-Ta

Níquel brillante, CoNiO3 (oxidode níquel y cobalto), NiCo3O4

(óxido de níquel y cobalto), espi-nelas con Co

Membranasseparadoras

Ácido sulfónico perfluorinado(polímero nafion , polímerossulfonados poliaromáticos)

AsbestosMembranas orgánicas de políme-ros (PTFE, FEP, PFA, PPS, PETF-

CE, PSP); BaTiO3 , CaTiO3

Electrólitos sólidosMembranas poliméricas con-ductoras de protones; –PEM;proton exchange membrane–15

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Energía eléctrica, calory circuitos eléctricos

La materia en sí no contiene calor; sí contie-ne energía. El calor representa la energíatransferida de un cuerpo con mayor tempe-ratura a otro con menor temperatura; con-cluida la transferencia, la energía deja de sercalor y pasa a ser energía interna.

La energía eléctrica es aquella que permite latraslación de electrones dentro de un con-

ductor, o sea, la presencia de corriente eléc-trica en un circuito eléctrico.

Los circuitos eléctricos son un conjunto deelementos -como las resistencias y las pilas–que integran un camino para la corrienteeléctrica, con lo que se logra transformarenergía eléctrica en calor o en energía lumi-nosa.

La resistencia puede ser una lámpara, el discode la cocina eléctrica, el radio, el televisor ocualquier elemento que requiera de electrici-

La pila, fuente de voltaje, alma-cena energía eléctrica porque posee unadiferencia del potencial entre su polopositivo y su polo negativo. Si se conec-tan dichos polos con un alambre metáli-co, los electrones fluyen desde el polonegativo hacia el positivo. Es posibleobtener una corriente eléctrica si seintercala en el circuito una solución quecontiene iones. Estos iones pueden reac-cionar al ponerse en contacto con laspartes metálicas sumergidas, los electro-dos. En este caso, se produce una elec-trólisis. Las burbujas se generan por losgases (hidrógeno y oxígeno) liberadospor la ruptura -electrólisis- del agua. Esimportante recordar que, para que seproduzca la electrólisis del agua, se ladebe acidular o agregarle una cucharadade sal para lograr la producción de ionesy que la electrólisis sea posible. En nues-tro recurso didáctico, la energía necesa-ria para que se produzca la electrólisis–utilizando la pila de combustiblereversible tipo PEM– es provista por un

panel solar fotovoltaico.

http://omega.ilce.edu.mx:3000

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dad para funcionar.

Los circuitos eléctricos se pueden presentarcomo circuitos en serie y circuitos en parale-lo, según cómo se acomoden los elementoscon respecto a la fuente.

En la vida cotidiana, observamos estos cir-cuitos en las instalaciones eléctricas domésti-cas. La conexión entre las lámparas de unamisma habitación está en paralelo, de mane-ra que si una lámpara se “quema”, las demásquedan encendidas. Pero, entre el interrup-tor y las lámparas, el circuito es en serie, de

manera que si se “apaga” la luz, se interrum-pe el fluido eléctrico y las lámparas se apagantodas juntas.

Los cables eléctricos y las resistencias debenser de materiales que resulten buenos con-ductores, como: oro, plata, cobre, aluminio,bronce, entre otros; éstos son materiales quepresentan poca resistencia. Los que se utili-zan para hacer las lámparas eléctricas debentener alta resistencia, para que se ponganincandescentes y alumbren. El mejor deellos, para este fin, es el wolframio (tungste-no).

R: Resistencia

V: Pilaeléctrica

Cableeléctrico

Circuitos en serie

Aquellos en que la misma corrienteeléctrica pasa por todos los elemen-tos del circuito.

Circuito en paralelo

Aquellos en que la corriente eléctri-ca se divide a su paso por el circui-to, para alimentar los diferentes ele-mentos que lo componen.

R: Resistencia

V: Pilaeléctrica

Cableeléctrico

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El silicio,componente delos paneles fotovoltaicos

Numerosos elementos tienen propiedadesintermedias entre los metales y los no meta-les, y, por ello, se denominan elementossemiconductores. La brecha energética entrelas bandas llenas y las bandas vacías en estossólidos es mucho menor que en el caso de losaislantes. Si se suministra energía necesariapara excitar electrones de la banda de valen-cia a la de conducción, el sólido se convierteen un conductor. Este comportamiento esopuesto al de los metales, ya que la capaci-dad de un metal para conducir la electricidaddisminuye al aumentar la temperatura, alacentuarse la vibración de los átomos amayores temperaturas y esto tiende a romperel flujo de electrones.

La capacidad de un semiconductor tambiénse puede incrementar mediante la adición depequeñas cantidades de ciertas impurezas alelemento. Cuando, en este proceso llamadode dopado, se agregan huellas de boro o fós-foro al silicio sólido, casi cinco de cadamillón de átomos de silicio se sustituyen porátomos de B o P.

La estructura del silicio sólido es similar a ladel diamante; cada átomo de silicio estáunido por enlaces covalentes a otros cuatroátomos de silicio. En el proceso, al fósforo lequeda un electrón sin compartir con otrosátomos de silicio; entonces, ese electrón librese puede mover a través de la estructura yfuncionar como un electrón de conducción.Las impurezas de este tipo se conocen comoimpurezas donadoras, dado que proporcio-

nan electrones de conducción. Los sólidosque contienen impurezas donadoras se llamansemiconductores tipo –n, en donde n corres-ponde a “negativo” (la carga del electrónextra).

Si se añade boro al silicio -este elemento tieneun electrón de menos que el silicio–, es posi-ble excitar un electrón de un átomo vecinode silicio a este orbital vacío. El hueco gene-rado en el átomo de silicio puede, entonces,ser cubierto por otro electrón de otro átomode silicio vecino a aquél; y, así, sucesivamen-te. De este modo, los electrones se puedenmover a través del cristal en una dirección,mientras los huecos o “agujeros positivos” semueven en la dirección opuesta. El sólido seconvierte, entonces, en un conductor eléctri-co.

Los semiconductores que contienen impure-zas aceptoras –deficientes en electrones– sellaman semiconductores tipo -p, en donde lap corresponde a positivo.

Tanto en los semiconductores de tipo -pcomo en los de tipo -n se reduce eficazmentela brecha energética entre las bandas devalencia y de conducción, de modo que sólose requiere una pequeña cantidad de energíapara excitar a los electrones. Por lo común, laconductividad de un semiconductor se incre-menta en un factor de 100.000 por la pre-sencia de átomos de impurezas.

Hoy en día, los semiconductores son compo-nentes esenciales de casi cualquier equipoelectrónico, desde la radio y el televisor hastalas calculadoras de bolsillo y las computado-ras. Su ventaja es que se pueden construir enun solo circuito integrado (chip) de silicio,

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no mayor que la sección transversal de unagoma de lápiz, y almacenar mucho más equi-po en un espacio pequeño, aspecto de parti-cular importancia en los viajes espaciales yen los microprocesadores.

El Si puede adoptar diferentes estructuras,desde una en que sus átomos están completa-mente ordenados (Si cristalino) hasta el extre-mo carente de orden (Si amorfo), pasando porel Si microcristalino (cristales del tamaño demilésimas de milímetro, rodeados por mate-rial amorfo). Es posible, incluso, obtener Sicon una estructura “esponjosa”, llamado Siporoso.

Las pilas solares de Si cristalino ya son una rea-

lidad; se las utiliza en satélites, en equipos detelecomunicaciones, en la electrificación ruraly en todas aquellas aplicaciones en las queresulta muy costoso llegar con el tendido eléc-trico. En nuestro país, unas 180 escuelas rura-les del norte cuentan con electricidad gracias alas pilas solares. Sin embargo, para que la ener-gía solar pueda sustituir masivamente a lasfuentes convencionales, deben bajarse los cos-tos de producción. Es aquí donde intervienenlas variedades no-cristalinas del Si, que puedenser obtenidas a menores costos16. El mercadofotovoltaico nacional está creciendo. Empero,sólo existe una compañía, radicada en La Rioja,que produce paneles solares; compra las pilasde Si cristalino en el exterior y ensambla lospaneles.

Contacto frontal

Unión "pn"

Silicio tipo "p"Contacto de base

Silicio tipo "n"

Recorte de una pilawww.macrosol.com.br

16 Entrevista con Javier Schmidt, investigador en física de semiconductores. Se desempeña en elINTEC (Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química).

Tipos de paneles fotovoltaicos

Existen tres calidades de paneles, que depen-den del método de fabricación. De mayor amenor calidad, éstos son17:

PANEL DE SILICIO MONOCRISTALINO. Sus célulasse obtienen a partir de barras cilíndricas desilicio monocristalino producidas en hornosespeciales. Resultan del cortado de las barrasen forma de obleas cuadradas delgadas (0,4-0,5 mm de espesor). Su eficiencia en con-versión de luz solar en electricidad es supe-rior al 12 %. Constituyen, por lo tanto, lospaneles más caros pero los más efectivos.

PANEL DE SILICIO POLICRISTALINO. Estas célulasse obtienen a partir de bloques de silicio queresultan de la fusión de trozos de silicio puroen moldes especiales. En los moldes, el siliciose enfría lentamente, solidificándose. En esteproceso, los átomos no se organizan en unúnico cristal; se forma una estructura poli-cristalina con superficies de separación entrelos cristales. Su eficiencia en conversión deluz solar en electricidad es algo menor a la desilicio monocristalino.

PANEL DE SILICIO AMORFO. Estas pilas se obtienenmediante la deposición de capas muy delgadasde silicio sobre superficies de vidrio o metal. Sueficiencia en conversión de luz solar en electrici-dad varía entre un 5 y un 7 %. Constituyen, porconsiguiente, los paneles más baratos.

Las pilas de combustibley su aplicación comoenergía renovable

Los problemas de contaminación ambiental,así como la futura crisis energética mundialhacen pensar en el ahorro de energía. Estasituación, aplicada a la sociedad y, en parti-cular, al transporte, se traduce en las necesi-dades:

• utilizar de modo eficiente la energía,

• mejorar la calidad del medio ambiente.

Para lograr satisfacer esa necesidad, en losúltimos años se han venido desarrollandovehículos propulsados por motores eléctricosaccionados con la energía que suministranlas pilas de combustible –fuel cells–. Aunqueen la actualidad resulta muy costosa, este

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En estas direcciones, usted hallará más informaciónacerca de los diversos tipos de módulos fotovoltai-cos, incluyendo las curvas de rendimiento y los mate-riales suplementarios para innovación.http://www.inelsacontrols.com/mod_bp_785.htmhttp://www.ciemat.es/actividad/programas/p_er_fotovoltaaica.html

17 Información obtenida en www.inelsacontrols.com,www.macrosol.com.br y www.ecorete.it.

SIN CARBÓN NO HABRÁ MAQUINARIA Y SIN

MAQUINARIA NO HABRÁ FERROCARRILES, NI

MÁQUINAS A VAPOR, NI FÁBRICAS, NADA DE LO

QUE SEA INDISPENSABLE PARA LA CIVILIZACIÓN

MODERNA.

¿QUÉ QUEMARÁN EN LUGAR DE CARBÓN?

AGUA, RESPONDIÓ HARDING.

¿AGUA? , GRITÓ PENCROFT. ¿AGUA PARA

CALENTAR AGUA?

SI; PERO AGUA EN SUS ELEMENTOS PRIMITI-VOS, RESPONDIÓ HARDING.

CREO QUE ALGÚN DÍA SE EMPLEARÁ EL AGUA

COMO COMBUSTIBLE, QUE EL HIDRÓGENO Y EL

OXÍGENO DE LOS QUE ESTÁ FORMADA, USA-DOS POR SEPARADO O EN FORMA CONJUNTA,PROPORCIONARÁN UNA FUENTE INAGOTABLE

DE LUZ Y CALOR.

ME GUSTARÍA VER ESTO, DIJO EL MARINERO.NACISTE DEMASIADO PRONTO, PENCROFT.

Julio Verne (1874)La isla misteriosa

costo disminuirá al incrementarse la deman-da, en el futuro.

Las pilas de combustible se desarrollaronpara aplicaciones militares y espaciales en losEEUU desde la década del ‘60. Hoy son uti-lizadas en el Space Shuttle para generar ener-gía eléctrica y agua.

Los primeros de-sarrollos de pilasde combustibledatan del sigloXIX. Varios sonlos científicos quegeneraron pro-puestas:W. R. Grove, F. W.Ostwald, W.W.Jacques, E. Baur,F. T. Bacon, entreotros.

A diferencia delas baterías, unapila de combusti-ble no se agota nirequiere recarga.Produce energíaen forma de elec-tricidad y calor,mientras se leprovea combusti-ble.

Las pilas de combustible, alimentadas conhidrógeno o metanol, son una alternativa efi-ciente a los motores de combustión.

Las pilas de combustible son dispositivoselectroquímicos que convierten, directamen-

te, energía química en eléctrica, sin combus-tión y con alta eficiencia. Estructuralmente,no son otra cosa que una pila común, con unpar de electrodos separados por un electroli-to. Funcionalmente, como toda pila, efectú-an un intercambio iónico proveniente de loselectrodos a través del electrolito, con unacorriente eléctrica que cierra el circuito a tra-vés de una carga externa. La reacción respon-de al potencial electroquímico que existe en-tre las sustancias presentes en los electrodos.

Pero, las similitudes llegan hasta aquí. A dife-rencia de las pilas galvánicas comunes, en laspilas de combustible los reactivos no se ago-tan, sino que se aportan continuamentedesde afuera; la pila funciona mientras seasegure este aporte de combustible –de allísu nombre-.

Los reactivos son hidrógeno y oxígeno, conun fuerte potencial electroquímico. La reac-ción es provocada por la presencia de catali-zadores (Pt, Pd, Ni) presentes en los electro-dos y/o por altas temperaturas de operación.Los productos de escape son: agua pura ycalor utilizable. Las pilas de combustiblepueden alimentar cualquier cosa, entre unteléfono celular y una ciudad, pasando porun automóvil, una escuela o un taxi espacial.Son modulares: pueden tener el tamaño deuna pila AAA o el de un vagón de ferrocarril.Generan potencia en un rango que va de losmW hasta los MW. No tienen partes móviles.Son silenciosas. Su eficiencia arranca en el40 % y puede llegar, en cogeneración, hastaun 75 %. Adecuadamente reformadas, pue-den utilizar cualquier combustible que lesaporte hidrógeno –gas natural, combustiblesfósiles, metanol, metano de digestión bioló-gica, hidrógeno electrolítico...-.

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Space Shuttle. http://www.dfrc.nasa.gov

En principio, una pila decombustible opera comouna batería. Generaelectricidad combinandohidrógeno y oxígenoelectroquímicamente,sin realizar un procesode combustión, evitandoemisiones nocivas –ele-mentos particulados, yóxidos de nitrógeno yazufre (NOx y SOx)– quecontribuyen a la forma-ción de lluvia ácida.

Transformación de energía

Cuando un combustible se quema en atmós-fera de aire, la fuerza que impulsa esta reac-ción química es la afinidad, es decir, la ten-dencia que presenta el combustible a reaccio-nar con el oxígeno. En una combustión nor-mal, la energía resultante de la oxidación delcombustible se libera en forma de calor.

Este proceso se emplea también para la“generación de energía” en las centrales tér-micas en las que, a través de la producción devapor, se obtiene energía mecánica que,luego, se transforma en energía eléctrica. Sinembargo, es también posible conseguir queesta reacción siga un camino directo deforma que, como consecuencia de la trans-formación de la energía, se libere inmediata-mente energía eléctrica.

Por pila de combustible se entiende un dis-positivo electroquímico que permite trans-formar directamente la energía químicaresultante de una reacción de oxidación deun combustible en energía eléctrica sin tenerque convertirla primero en energía térmica.En las pilas de combustible, los reactivos(combustible y agente oxidante) se conducena los electrodos de forma continua.

En un proceso térmico, la energía química se

transforma en energía eléctrica después deconvertirse, sucesivamente, en energía térmi-ca y mecánica:

En una pila de combustible, en cambio, seproduce un proceso electroquímico directo:

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Combustible+

Oxígeno

Productos deoxidación

+Calor

Energía química

Energía térmica

Energía mecánica

Energía eléctrica

Energía química

Combustible

Agente oxidante

Energía eléctrica

En nuestro recurso didáctico, elcombustible es el hidrógeno y

el agente oxidante el oxígeno.

Elementos primarios, secundarios ypilas de combustible

Los elementos galvánicos primarios –o pilas–y los secundarios –o acumuladores– se dife-rencian de las pilas de combustible en quelos reactivos vienen prescriptos por los elec-trodos elegidos, por lo que su cantidad y supotencial quedan limitados. En los acumula-dores, los productos generados durante ladescarga pueden convertirse, de nuevo, en

las sustancias iniciales mediante una electró-lisis posterior; este proceso no resulta posibleen las pilas primarias, ya que los procesosquímicos que se desarrollan durante la gene-ración de energía eléctrica son, en granmedida, irreversibles.

La pila de combustible puede suministrarenergía mientras se alimenta con combusti-ble y oxígeno. La tensión de salida de la pilaes relativamente pequeña; pero, la intensidadde la corriente y el rendimiento son favora-bles.

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Las pilas de combustible y las baterías seasemejan más de lo que se diferencian.Unas y otras se apoyan en la electroquí-mica para obtener electricidad a partir dela energía química almacenada en unasustancia. El proceso de inicia en la célu-la de combustible típica con el auxilio deun catalizador que ayuda a liberar electro-nes de las moléculas de combustible,dejando un residuo de iones cargadospositivamente. Los electrones viajan de unelectrodo a otro a través de un circuitoexterno, mientras que los iones recién for-mados atraviesan un material llamadoelectrolito, que está intercalado entre losdos electrodos. Las dos corrientes parale-las –de electrones (negativa) y de iones(positiva)– se compensan entre sí, equili-brando las cargas separadas. La extrac-ción directa de electrones de los agentesquímicos para generar energía eléctricaes un proceso silencioso, sencillo, relati-vamente frío y limpio; su rendimientopuede, incluso, triplicar al de un sistemaalimentado por un pequeño motor deexplosión.18

18 Christopher K. Dyer (1999) “Hazañas de la electroquími-ca”. Revista Investigación y Ciencia; septiembre. Madrid

Pila(proceso irreversible)

Energíaquímica

DescargaEnergíaeléctrica

Acumulador(proceso reversible)

Energíaeléctrica

Carga

Descarga

Energíaquímica

Tipos de pilas de combustible

Es difícil, hoy en día, determinar cuál es lamejor pila de combustible. Un estudio reali-zado por Arthur D. Little Inc.19 expresa queno existe una pila de combustible que eclip-se a las otras. Básicamente, este resultado sedebe a que el mercado para las fuel cells esmuy variado, yendo de estaciones generado-ras de gran tamaño hasta automóviles. Cadasegmento de este mercado, así, puede sersatisfecho con una variada mezcla de tecno-logías.

No obstante, aportamos un panorama de lostipos más comunes.

Pila de ácido fosfórico –PAFC–. Este tipo depila está desarrollado a escala comercial.Genera electricidad a más del 40 % de efi-ciencia y cerca del 80 %, si el vapor produci-do es empleado en cogeneración; comparadocon el 30 % de la más eficiente máquina decombustión interna, éste resulta un rendi-miento óptimo.

Los iones de hidrógeno emigran, a través delelectrolito, del ánodo al cátodo. Los electro-nes viajan del ánodo a través de un circuitoexterno, proporcionando energía eléctrica enel camino, y van al cátodo. Allí, los electro-nes, iones de hidrógeno y el oxígeno formanagua, que es eliminada de la pila.

Un catalizador de platino en los electrodosacelera las reacciones. Las temperaturas deoperación se encuentran en el rango de los200 °C.

Su uso es muy apropiado para generaciónestacionaria o móvil de gran dimensión,como sucede en camiones, embarcaciones otrenes.

En producción comercial existen unidadesde entre 5 kW y 500 kW.

Pila de polímero sólido o membrana de inter-cambioo protónico –PEM–. Estas pilas operana relativamente bajas temperaturas de alrede-dor de los 90 °C. Su eficiencia llega al 40 %o 50 %. Su comportamiento interno es simi-lar al de las pilas de oxido fosfórico –PAFC–.

Tienen una densidad de potencia alta; pue-den variar su potencia de salida rápidamen-te, para satisfacer cambios en la demanda depotencia y son adecuadas para aplicaciones

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19 Global Management Consulting. www.adlittle.com.

TIPOS DE PILAS DECOMBUSTIBLE

Pila de ácido fosfórico–PAFC–

Pila de polímero sólido omembrana de intercambio

protónico–PEM–

Pila de carbonato fundido–MCFC–

Pila de óxido sólido–SOFC–

Pila a metanol directo

Pila a hidracina-oxígeno

Pila alcalina

donde se requiere una demanda inicial rápi-da, tal como el caso de los automóviles. Unreformador externo puede obtener hidróge-no de los combustibles como metanol o naf-tas.

Actualmente, unidades de la demostraciónde 70 kW de capacidad están operando yunidades de 250 kW están en desarrollo.

Son las principales candidatas para vehículoslivianos, edificios y, potencialmente, paraotras aplicaciones mucho más pequeñascomo las baterías recargables de las videocá-maras, teléfonos celulares, etc.

Pila de carbonato fundido –MCFC–. En unapila de combustible de carbonato fundido,las sales del carbonato constituyen el electro-lito. Calentado a 650 °C, las sales funden ylos iones carbonato (CO3

=) se conducen del

cátodo al ánodo. En el ánodo, el hidrógenoreacciona con los iones para producir agua,anhídrido carbónico y electrones. Los elec-trones viajan a través de un circuito externo,entregando energía eléctrica, hasta el cátodo.Allí, oxígeno del aire y anhídrido carbónicoreciclados del ánodo reaccionan con los elec-trones, para formar iones de CO3

= que atra-

viesan el electrolito hasta el ánodo.

Las altas temperaturas de las MCFC permitenextraer el hidrógeno de una variedad decombustibles, con el uso de un reformadorinterior o externo. Las MCFC son menossensibles a la contaminación con monóxidode carbono que “envenena” a las otras pilasde combustible de baja temperatura; estohace que estas pilas sean atractivas para laalimentación con combustibles fósiles o

basados en carbón.

Las MCFC trabajan bien con catalizadoreshechos de níquel, que son mucho más eco-nómicos que los de platino. Las MCFC tie-nen un 60 % eficacia; ésta puede subir al80 %, si el calor desechado se utiliza para lacogeneración. Actualmente, las unidades dela demostración han producido hasta 2 MW;pero, existen planes para unidades de 50 a100 MW de capacidad

Dos son las mayores dificultades con que latecnología del carbonato fundido está en des-ventaja, comparada con las pilas de óxidosólido:

• la complejidad de trabajar con un elec-trolito líquido en lugar de uno sólido,

• la reacción química dentro de una piladel carbonato fundido, en donde losiones del carbonato del electrolito seagotan en las reacciones al ánodo,haciendo necesaria su compensacióninyectando anhídrido carbónico al cáto-do.

Pila de óxido sólido –SOFC–. La pila de com-bustible de óxido sólido usa un electrolitocerámico duro, en lugar de un líquido, y operaa las temperaturas a alrededor de 1000 °C; setrata de una mezcla de óxido de circonio yóxido de calcio en una estructura cristalina,aunque también se han usado otras combina-ciones del óxido como electrolitos.

A temperaturas de funcionamiento altas, losiones de oxígeno (con carga negativa) emi-gran a través de los espacios del cristal.Cuando un gas de combustible que contiene

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el hidrógeno se pasa por el ánodo, el flujo enmovimiento de los iones de oxígeno negati-vamente cargados provenientes del electroli-to, oxidan al combustible. El oxígeno setoma, normalmente del aire, al cátodo. Loselectrones hacen su viaje del ánodo, a travésde una carga externa, al cátodo, completandoel circuito y proporcionando energía eléctricaen el camino.

La eficacia obtenida puede llegar al 60 %,aproximadamente.

El uso con cogeneración –utilizando micro-turbinas– está siendo desarrollado porSiemens Westinghouse, que se encuentra a lavanguardia en estas tecnologías.

Las potencias oscilan entre 5 kW a 10 MW;éstas resultan altamente prometedoras parageneración estacionaria (grandes usinas) opequeñas generaciones (alrededor 200 kW)en cogeneración con microturbinas.

Pila a metanol directo. Nuevos miembros dela familia de pilas de combustible, tales comolas de alimentación a metanol directo, surgencomo resultado de la necesidad de contarcon un producto fácil de transportar, relati-vamente seguro y esencialmente rico enhidrógeno.

Pila a hidracina-oxígeno. El sistema constade un electrodo de red de níquel platinado(ánodo) dispuesto en el lado del combustible(con interfase binaria) y de un electrodoporoso de carbón con algo de plata (cátodo)con interfase ternaria.

El combustible (hidracina) se mezcla con elelectrolito y circula, por tanto, por el interior

de la pila. El oxígeno se lleva al cátodo con

una presión de 14 N/cm2 (1 bar = 10 N/cm2.1 N [Newton] = l05 Pa [Pascal]). La oxida-ción de la hidracina con el oxígeno se realizade acuerdo con la siguiente reacción neta:

N2 H4(fl) + O2 N2 + 2 H2O(fl)

Teóricamente, puede obtenerse de la pila unatensión de salida Ut = 1,61 V. En realidad, nose alcanza esta tensión de salida, ya que elelectrodo de hidracina trabaja esencialmentecomo uno de hidrógeno:

PtN2 H4 4 H + N2

Pila alcalina. Históricamente, es la primerautilizada. Sirvió en los programas espacialesGéminis y Apolo de los ’60, proveyendo elec-tricidad y agua potable a los astronautas. Conelectrolito líquido alcalino y alimentada conhidrógeno y oxígeno puros, es sólo apta paraambientes aislados, dado que el dióxido decarbono del aire la contamina.

En el caso de una pila de combustible dehidrógeno-oxígeno con un electrolito dehidróxido de metal alcalino, la reacción delánodo es:

2 H2 + 4 OH- 4 H2O + 4 e-

Y, la reacción del cátodo es:

O2 + 2 H2O + 4 e- 4 OH-

Los electrones generados en el ánodo semueven por un circuito externo que contie-ne la carga y pasan al cátodo. Los iones OH-

46

47

generados en el cátodo son conducidos porel electrolito al ánodo, donde se combinancon el hidrógeno y forman agua.

El voltaje de la pila de combustible, en estecaso, es de unos 1,2 V; pero, disminuye con-forme aumenta la carga. El agua producidaen el ánodo debe ser extraída continuamen-te, para evitar que inunde la pila.

La pila de combustible deintercambio protónico–PEM–

La pila de combustible de membrana deintercambio protónico o pila de combustiblepolimérica –PEM; Proton Exchange Membrane–ofrece densidades de corriente mucho mayo-res que las de cualquier otro tipo de pilas decombustible, con al excepción a algunaspilas alcalinas desarrolladas para aplicacio-nes espaciales. Las pilas PEM pueden ser ali-mentadas por combustibles reformados20 ycon aire. La utilización de un polímero sóli-do como electrolito elimina la corrosión y losproblemas de seguridad asociados a los elec-trolitos líquidos. Su temperatura de funcio-namiento es baja (80 a 110 °C), lo que per-mite arranques instantáneos y no requiereaislamientos térmicos.

Como hemos mencionado, las pilas tipoPEM utilizan un polímero sólido como elec-20 Si usted quiere seguir profundizando sobre el reformado

del metanol, puede consultar: Comas, José; Más, Verónicay otros (2005) “Producción de hidrógeno por reformado deetanol...” Primeras Jornadas La ingeniería y el medio ambien-te. Facultad de Ingeniería. Universidad de Buenos Aires.Buenos Aires.http://www.fi.uba.ar/eventos/medioambiente2005/intro.htm

trolito. Esta membrana es un aislante electró-nico, pero un excelente conductor de ioneshidrógeno.

Los materiales utilizados para este tipo demembrana son polímeros fluorocarbonados(con átomos de flúor en lugar de hidrógeno)parecidos al teflón, a los cuales se añadengrupos sulfónicos21. Su estructura molecularposibilita que absorba agua y que, húmedo,conduzca selectivamente solamente iones decarga positiva (los protones de los gruposácidos), bloqueando los iones de carga nega-tiva (los aniones del ácido sulfónico se fijanen el polímero y no pueden separarse). Elhidrógeno libre salta de un SO3

- a otro SO3-

del material, para pasar del otro lado de lamembrana.

Ésta es la razón por la cual es llamada mem-brana de intercambio protónico. Esta caracterís-tica, asociada con la inercia química, con laresistencia mecánica y con la estabilidadconocidas de las resinas teflón, torna la mem-brana útil como electrodo sólido separador,para aplicaciones tales como pilas de com-bustible, en procesos de electrolisis de agua yen producción de cloro-soda. Al ser unamembrana sólida, no hay problemas de pér-dida de electrolito que puedan afectar a la

vida de la pila de combustible.

Puede ser tomada como ácido sulfúrico enestado sólido como electrolito.

El aspecto de la membrana es similar a unahoja de gelatina; puede ser manejada fácil-mente y sin peligro alguno.

48

En nuestro equipo, la pila de com-bustible es de tipo PEM reversible.

Separa el agua en el modo electrolizador,almacena el hidrógeno y el oxígeno, yrecombina los elementos por acción de laelectricidad en el modo pila de com-bustible.

21 En esta dirección, usted encontrará una descripción másdetallada de las propiedades del nafionhttp://www.dupont.com.co.

Cadena defluorocarbonos

(tipo teflón)

Cadena laterales(grupos éter)

Grupos iónicosÁcido sulfónico

Estas pilas operan con un catalizador de plati-no, lo que encarece mucho el sistema.Además, el catalizador de platino es extrema-damente sensible a la contaminación por CO,por lo que es necesario utilizar un reactor adi-cional para reducir el nivel de CO en el gascombustible. Este problema se agudiza cuan-do el hidrógeno empleado proviene de uncombustible de al-cohol o de hidrocar-buro. Actualmente,se está estudiandoreemplazar estos ca-talizadores por losde platino/rutenio,que presentan másresistencia a la con-taminación por CO.

El ánodo y el cátodo se ponen en contacto,por la parte de atrás, por placas de grafitocon canales. Los electrones circulan por elespacio entre canales, lo que permite la cir-

culación de la corriente eléctrica por un cir-cuito externo.

Los electrodos empleados en las pilas decombustible son del tipo poroso de difusióngaseosa. De esta forma, puede establecerseun buen contacto entre las tres fases que par-ticipan en la reacción. En estos puntos seforma la interfase ternaria a través de la queentran en contacto el gas de reacción, el elec-trodo y el electrolito. En una parte de losporos se alcanza el equilibrio entre la fuerzacapilar y la presión del gas. En ellos, tienelugar la reacción en la que se generan lacorriente y la tensión. Por tanto, en un elec-trodo poroso sólo contribuyen a la genera-ción de energía eléctrica aquellos poros enlos que la presión capilar y la presión del gasse equilibran (poros en equilibrio); los porosdemasiado estrechos se llenan totalmente deelectrolito por efecto de la presión capilar,por lo que en ellos no puede tener lugar lareacción; en los poros demasiado anchos, elgas circula libremente sin llegar a reaccionar.

Para conseguir la transformación más comple-ta posible del gas, los electrodos porosos seconstruyen con una estructura de doble capa:

• la capa de cubierta, dotada de poros fi-nos, se dispone por el lado del electrolito;

• la capa activa, con poros gruesos, quedaen el lado del gas.

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Esquema de la estructura y el funcionamiento deuna pila de combustible. El hidrógeno fluye hacia elánodo donde un catalizador –como el platino– faci-lita su conversión en electrones y protones (H+).Éstos atraviesan la membrana electrolítica paracombinarse con el oxígeno y los electrones en el ladodel cátodo (una reacción catalizada también por elplatino). Los electrones, que no pueden atravesar lamembrana de electrolito, fluyen del ánodo al cátodoa través de un circuito externo y alimentan nuestrosdispositivos eléctricos. La figura muestra una solacelda electroquímica que produce aproximadamen-te 1 voltio. Para aplicaciones de potencia, se apilanmuchas celdas para formar la pila de combustible,cuyo voltaje aumenta en proporción al número deceldas apiladas.

En el recursod i d á c t i c o

que le proponemosconstruir, el hidró-geno se obtiene porla electrolisis delagua. Esto evita lacontamina-ción con CO.

La pila que utilizamos en nuestroequipo es una pila tipo PEM rever-

sible. Se la utiliza como electrolizadorpara producir la electrolisis del aguadesionizada, y obtener hidrógeno yoxígeno como productos.

http://www.cienciateca.com

Ya hemos hablado acerca de la electrólisis,por lo que nos limitaremos a recordar cuálesson las reacciones que ocurren en el ánododonde se produce la oxidación y en el cáto-do donde se produce la reducción.

2 H2O (l) 2 H2 (g)+ O2 (g)

Para que tenga lugar, es necesario aportarenergía eléctrica mediante una pila galvánicao un generador de corriente continuo. Es poreste motivo que la reacción se lleva a cabo enuna celda electrolítica, que es un sistemaelectroquímico generador de sustancias, porla acción de un flujo de electrones suminis-trado por la fuente de voltaje externa. Elhidrógeno obtenido por electrólisis del aguaes muy puro; pero, también es muy caro,debido al importante gasto eléctrico quecomporta.

La electrolisis del agua puede considerarsecomo una fuente de energía secundaria pro-ducida a partir de la combustión de combus-tibles fósiles o biológicos por medio de ciclostérmicos; esto, a partir de la energía solar–por conversión fotovoltaica– o a partir de laenergía cinética –utilizando la conversiónmecánica–.

El agua está formada por dos átomos dehidrógeno y uno de oxígeno. Por ello, si laexperiencia en la celda se ha realizadocorrectamente, en el tubo del hidrógeno seacumula el doble de gas que en el del oxí-geno.

En la electrolisis, la energía eléctrica se utili-za para provocar una reacción química noespontánea.

La separación del hidrógeno y del oxígenodel agua no es una reacción espontánea.

La reacción contraria ocurre en nuestra pilacuando funciona en “modo pila”, combinan-do los productos de la electrólisis (hidrógenoy oxígeno) para producir agua y energía eléc-trica.

La espontaneidad de las reacciones es uno delos principales objetivos de estudio de la ter-modinámica.

Para revisar la idea de espontaneidad, pode-mos pensar en :

• Una cascada de agua cae y nunca subeespontáneamente.

• Un cubito de azúcar se disuelve espon-táneamente en una taza de café y el azú-car disuelta nunca reaparece espontánea-mente en su forma original.

• El calor fluye de un objeto más caliente aotro más frío; lo inverso nunca ocurreespontáneamente.

50

En nuestra pila de combustible, laenergía para producir la electrólisis

es tomada de un módulo fotovoltaico. Lasreacciones en el ánodo y el cátodo son lassiguientes:

Oxidación

2 H2O (l) O2 (g) + 4 H+(ac) + 4 e-

Reducción

4 H+ + 4 e- 2 H2 (g)

• La expansión de un gas en una bombillaevacuada es un proceso espontáneo. Elproceso inverso, es decir, la reunión detodas las moléculas dentro de una bom-billa, no es espontáneo

Estos ejemplos y muchos otros muestran quelos procesos que ocurren en forma espontá-nea en una dirección, pueden no ocurrir delmismo modo en la dirección opuesta.

Parece lógico suponer que los procesosespontáneos ocurren para disminuir la ener-gía de un sistema.

En las reacciones químicas, se encuentra ungran número de reacciones exotérmicas queson espontáneas a temperatura ambiente.

Un ejemplo es la combustión del metano:

CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l) �H° = - 890.4 kJ

Pero, la suposición de que los procesosespontáneos siempre disminuyen la energíadel sistema falla en numerosos casos.

Si consideramos la transición de fase sóli-do–líquido del agua

H2O(s) H2O(l) �H° = 6.01 kJ

La experiencia indica que el hielo se fundeespontáneamente arriba de 0°C, aunque elproceso es endotérmico.

Mediante éste y otros ejemplos –como ladisolución del nitrato de amonio o la des-composición del óxido de mercurio (II)–,podemos afirmar que la exotermicidad

favorece la espontaneidad de una reacciónpero no la garantiza. No basta considerarsólo los cambios y la energía para predecirla espontaneidad o no espontaneidad. Así,se hace necesario buscar otra cantidad ter-modinámica (además de la entalpía) queayude a predecir la dirección de las reac-ciones químicas. Esta cantidad resulta ser laentropía.

La entropía (S) es una medida directa de laaleatoriedad o del desorden del sistema.

Mientras mayor es el desorden en el sistema,mayor es la entropía.

• Los valores de entropía que se registranpara las diferentes sustancias se dan para1 atm y 25 °C; estos valores se denomi-nan entropías estándar (S°).

• Tanto las entropías de los elementoscomo las de los compuestos son positivas(S° > 0). Por el contrario, las entalpíasestándar de formación (�H°) para los ele-mentos en su forma más estable valencero; pero, para los compuestos puedenser positivas o negativas.

• Las unidades de la entropía son J/K o J/k.mol para un mol de una sustancia (dadoque los valores de la entropía son, por logeneral, muy pequeños, se usan joulesmás que kilojoules)

• Para cualquier sustancia, la entropíasiempre aumenta en el siguiente orden:

Ssólido < Slíquido << Sgas

Como la energía y la entalpía, la entropía esuna función de estado.

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La conexión entre la entropía y la esponta-neidad es el tema de la Segunda ley de la ter-modinámica: La entropía del universo aumen-ta en un proceso espontáneo y se mantieneconstante en un proceso que se encuentra enequilibrio.

Como el universo está constituido por el sis-tema y su entorno, para cualquier proceso elcambio de entropía del universo (�Suniv) es

la suma de los cambios de entropía del siste-ma (�Ssis) y de su entorno (�Sent).

Matemáticamente, la Segunda ley de la termo-dinámica se puede expresar como:

Para un proceso espontáneo:

�Suniv = �Ssis + �Sent > 0

Para un proceso en equilibrio:

�Suniv = �Ssis + �Sent = 0

La ley dice que, para un proceso espontáneo,�Suniv debe ser mayor que cero; pero, no res-tringe los valores negativos de �Ssis o de�Sent Entonces, �Ssis o �Sent pueden sernegativos siempre y cuando su suma seamayor que cero. Para un proceso en equili-brio �Suniv es cero y, en este caso, �Ssis y�Sent deben ser iguales en magnitud, pero designo contrario.

¿Qué ocurre si, para algún proceso, seencuentra que el �Suniv es negativo?

Significa que el proceso es no espontáneo enla dirección descrita. El proceso es espontá-neo en la dirección opuesta.

Como la Segunda ley de al termodinámicadice que un proceso espontáneo debe llevarun aumento en la entropía del universo,�Suniv > 0, para determinar el signo de�Suniv cuando ocurre una reacción, se nece-sita calcular tanto �Ssis como �Sent. Por lotanto, ya que interesa sólo lo que ocurre enun sistema en particular y no en todo el uni-verso, y como, por otra parte, el cálculo de�Sent suele ser difícil, es deseable tener otrafunción termodinámica que ayude a deter-minar si una reacción ocurre espontánea-mente aunque sólo se está considerando elsistema mismo.

Si para un proceso espontáneo es:

�Suniv = �Ssis + �Sent > 0

Sustituyendo �Sent por - �Hsist/T, se escribe

�Suniv = �Ssis - �Hsist/T > 0

Multiplicando miembro a miembro por T da:

T�Suniv = - �Hsist + T�Ssit > 0

Por varios procesos matemáticos se llega aque:

- T�Suniv = �Hsist - T�Ssit < 0

Así, se tiene un criterio para una reacciónespontánea que se expresa sólo en términosde las propiedades del sistema; ya no es nece-sario considerar su entorno.

Se introduce una nueva función termodiná-mica, llamada energía libre de Gibbs o, sim-plemente, energía libre (G).

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G : H – TS

G tiene unidades de energía; al igual que H yS es una función de estado.

El cambio de energía libre para un proceso atemperatura constante está dado por:

�G = �H - T�S

Específicamente, se ha identificado el cambiode energía libre del sistema con el término -T�Suniv.

Ahora, podemos resumir las condicionespara la espontaneidad y el equilibrio a tem-peratura y presión constantes en términos deDG, como sigue:

• �G < 0. Una reacción es espontánea.

• �G > 0. Una reacción no es espontánea.La reacción es espontánea en la direccióninversa.

• �G = 0. El sistema está en equilibrio. Nohay cambio neto.

Para especificar la energía libre, debemosaclarar que el adjetivo “libre” describe laenergía utilizable o disponible –energía enforma que puede ser utilizada para realizartrabajo–. Así, si una reacción en particular vaacompañada de la liberación de energía útil(esto es, si su �G es negativo), esto garantizaque debe ser espontánea, sin importar lo queocurra en el resto del universo.

Consideremos nuestra celda PEM. La tensiónde salida de la pila depende de forma decisi-va de la afinidad A; es decir, de la tendencia

que presentan ambos reactivos a reaccionarentre sí. A temperatura constante (procesoisotérmico) y bajo condiciones reversibles apresión constante, la oxidación del combus-tible, por ejemplo del hidrógeno, se desarro-lla aprovechando al máximo la entalpía librede reacción �G, es decir, el trabajo de reac-ción correspondiente al proceso generadorde energía eléctrica.

A = - �G

Esta magnitud está relacionada termodinámi-camente con la entalpía de reacción �H y laentropía de reacción �S (de las que hemoshecho mención) de acuerdo con la ecuación:

�G = �H - T . �S

�G = - n . F . E

Donde:• n: Número de moles de electrones.

• F: Constante de Faraday:

96487 A s mol-1 o J mol-1 . V-1

• E: Fuerza electromotriz.

• T: Temperatura absoluta en K (Kelvin).

• El signo menos es convencional. Seevalúa el intercambio de energía vistodesde el sistema. �G es negativo cuandola reacción conduce a un estado final demenor energía22.

En esta ecuación, - T. �S representa laganancia o la pérdida de energía que resultaal calentar o al enfriar la pila. Como la fuerza

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22 Para profundizar, le sugerimos consultar: Chang, Raymond(1997; 4° ed.) Química. McGraw Hill. Madrid.

electromotriz E = - U coincide, salvo en elsigno, con la tensión de salida de la pila sincarga.

La tensión U teórica correspondiente a la oxi-dación del hidrógeno en un proceso reversi-ble e isotérmico puede calcularse de acuerdocon la expresión:

Es el caso en que se forma agua en estado lí-quido como producto final. La tensión de sa-lida de la pila es, por tanto, del orden de 1 volt.

Al comienzo de nuestra exposición, planteá-bamos que la energía química acumulada,por ejemplo, en el carbón, se transforma–primero– totalmente en calor en las centra-les térmicas, de acuerdo con la reacción decombustión

C + O2 = CO2 + �H

Donde:

• �H: Entalpía de reacción.

Este calor se convierte, después, en energíamecánica y, finalmente, en energía eléctrica.

Según el segundo principio de la termodiná-mica sólo una fracción, caracterizada por el“rendimiento del ciclo de Carnot” � de laenergía resultante del movimiento desorde-nado de las moléculas –es decir, del calor–

puede convertirse en energía mecánica o entrabajo.

Se cumple:

Donde:

• T: Temperaturaabsoluta en K(Kelvin).

Si, por ejemplo, la temperatura del vapor enla caldera es T2 = 600 K y la temperatura delvapor de escape de la turbina es T1 = 360 K,el rendimiento termodinámico � (Carnot) es,como máximo, del 40 %.

El rendimiento de las centrales térmicas sinciclo combinado (aprovechamiento del calordisipado) se aproxima a este valor. Por elcontrario, la subsiguiente transformación dela energía mecánica en eléctrica se producecasi sin pérdidas.

Considerando el rendimiento termodinámi-co, cuando la pila tipo PEM reversible traba-ja en “modo pila”, el rendimiento termodi-námico que puede alcanzarse en una pila de

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�GU =

n . F

237400 . J . mol-1U =

2 . 96487 . J . mol-1 . V-1

1,229 . VU =

T2 - T1�(Carnot) =

T2

Ciclo que se consideracomo el de mayor rendi-miento térmico. Ya hemoshablado de las caracterís-ticas de los ciclos cuandotrabajamos el ciclo Ranki-ne en la sección de energíasolar termoeléctrica.

(600 - 360) . K�(Carnot) =

600 . K

240 . K�(Carnot) =

600 . K

�(Carnot) = 0,4

�(Carnot) = 40 %

combustible es, en condiciones favorables,considerablemente mayor que en las máqui-nas térmicas, ya que no está sujeta al mismotipo de limitaciones termodinámicas encuanto a conversión de energía que éstas.

Si, como resultado de la reacción entre elhidrógeno y el oxígeno, se obtiene agua enestado líquido como producto final, el ren-dimiento termodinámico llega a ser del83%. Los valores de �G y �H se expresanen J mol-1.

Si el producto de la reacción, es decir, elagua, está en forma de vapor, el rendimientotermodinámico alcanza el 94,5 %.

Cuando el carbono C se oxida para darmonóxido de carbono CO, el rendimientotermodinámico puede llegar a ser, incluso,del 124 %; la energía adicional necesaria setoma del ambiente en forma de calor y secede como energía eléctrica.

Si analizamos la toma o cesión de calor en lasreacciones de la pila, vemos que �G y �Hson siempre negativas en las reacciones quese utilizan, en general, para generar energía.

El rendimiento termodinámico está influidopor �S de la forma siguiente:

• Cuando �S > 0, aumenta la entropía(grado de desorden) y el rendimiento ter-modinámico �term es mayor que 1. La

pila produce, en este caso, más energíaeléctrica que la equivalente a la energíatérmica resultante de la reacción corre-spondiente. En una pila que opera deforma isotérmica, la energía adicionalnecesaria T. �S se toma del ambiente enforma de calor. Por ejemplo, en la reac-ción:

2 C + O2 2 CO, así se tiene �term = 124 %.

• Cuando �S = 0, el rendimiento es del100 %. En esta reacción no se toma ni secede calor. La tensión de salida de la pilano varía con la temperatura. Éste es, porejemplo, el caso de la reacción:

C + O2 CO2, en la que �term = 100,2 %.

• Cuando �S < 0, se cumple �term < 1.Entonces, la pila genera, además de laenergía eléctrica, la cantidad de calor -T . �S.Durante la reacción debe extraerse el

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�G

�H�term =

n . F . U

�H�term =

�G

�H�term =

237400 . J . mol-1

286000 . J . mol-1�term =

�term = 0,83

�term = 83 %

�G

�H�term =

228600 . J . mol-1

242000 . J . mol-1�term =

�term = 0,945

�term = 94,5 %

calor producido en la pila. En caso con-trario, aumentaría la temperatura en ellay caería su tensión de salida. Éste es, porejemplo, el caso de la reacción:

2 CO + O2 2 CO2,

en la que se tiene �term = 90,8 %.

A diferencia de las baterías, las pilas de com-bustible no almacenan energía eléctrica. Losreactivos deben reponerse y los productosdeben retirarse constantemente. En esteaspecto, se asemejan más a un motor que auna batería.

Las reacciones que tienen lugar en una pilatipo PEM son análogas a las de la pila decombustible de ácido fosfórico.

Ánodo 2 H2 4 H+ + 4 e-

Cátodo O2 + 4 H+ + 4 e- 2 H2O

Reacción 2 H2O + O2 2 H2Oglobal

Como las pilas tipo PEM operan a unos 60 ºC,el agua se produce de forma líquida, no sedisuelve en el electrolito y se expulsa por elexcedente de flujo de alimentación del cáto-do23.

Las prestaciones de las PEM han mejoradomucho en los últimos años. Se consiguendensidades de corriente cercanas a los900 mA/cm2 a una tensión de 0.7 V porcelda, con hidrógeno y oxígeno a unas 4 atmde presión. Si el hidrógeno y el oxígeno seintroducen a presión ambiente, se puedenalcanzar densidades de 530 mA/cm2.

La eficiencia eléctrica de un stack –apila-miento de pilas en serie– depende mucho dela tensión a la cual cada monocelda opera.Para una misma tensión, una PEM es capazde entregar mucha más corriente y, por con-siguiente, más potencia que pilas como lasPAFC, MCFC o SOFC; o, lo que es lo mismo,para una misma potencia, una pila tipo PEMtiene tamaño más reducido y menor costo.

Cuando una PEM opera con hidrocarburosreformados, el CO producido en el procesodebe ser eliminado y convertido en CO2 porun proceso de oxidación. Este proceso essimple, desde el punto de vista de la catálisis,y se puede integrar fácilmente en el sistemacompleto.

Si utilizamos hidrocarburos como combusti-ble, la eficiencia de las pilas como MCFC oSOFC es mayor, ya que el calor que produ-cen se puede utilizar en el proceso de refor-mado de manera más eficiente, además depoder aprovechar este calor residual paraproducir más electricidad con cogeneración.En el caso de una PEM, el calor que se eva-cua en el circuito de refrigeración es de bajacalidad y sólo se puede aprovechar para aguacaliente o aplicaciones similares.

Una inquietud que surge cuando hablamosde hidrógeno es sobre la seguridad queimplica su empleo generalizado. Al respecto,desde hace años se trabaja con la normaISO/TC 197, dedicada al tema y especial-mente orientada a establecer códigos, normasy estándares de seguridad. Desde 1997 nues-tro país está adherido y colabora activamenteen el desarrollo de la tal norma. Es decir,aplicando correctamente los criterios en ellaestablecidos para la producción, almacena-

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23 O’M Bockris, John; Supramanian Srinivasan (1969) FuelCells: Their Electrochemistry. McGraw Hill. Washington.

miento, transporte y distribución en aplica-ciones y usos del hidrógeno, cuyo riesgo esincluso menor al de los combustibles tradi-cionales.

El interés creciente por el hidrógeno a escalamundial se muestra claramente con accionesdesplegadas en desarrollos industriales,inversiones y políticas de estado respectivas;básicamente, en la Comunidad Europea,Japón y los Estados Unidos, a los que sesuman países como Canadá, China, Corea,Australia.

En la industria automotriz, las ocho princi-pales compañías del mundo están apostandoal hidrógeno. En Europa se encuentra enetapa de implementación el programa CUTE–Clean Urban Transport Energy– que emplea-rá combustible hidrógeno para el transporteurbano en colectivos, en diez grandes ciuda-des, como demostración y viabilidad de estatecnología.

El sector universitario, de investigación y dedesarrollo de Argentina también muestra unmayor número de instituciones dedicadas aestudiar el hidrógeno y las pilas de combus-tible. Destacamos universidades de la zonaaustral, como la Universidad Nacional de laPatagonia Austral –UNPA–, la EscuelaSuperior Técnica –EST– y la UniversidadTecnológica Nacional –UTN– que se intere-san junto, con la Asociación Argentina delHidrógeno24, en llevar adelante un programade difusión en el conjunto de treinta unida-des académicas regionales, ubicadas en lamayor parte del país.

Otra de las inquietudes que las PEM planteanes el costo de los catalizadores de platino, porlo que en los últimos años se ha tratado dereducir la cantidad de necesaria para la reac-ción. En principio, se están utilizando cantida-des de platino cercanas a los 0.00032 g/cm2,aunque algunos desarrollos de AlamosLaboratory han demostrado técnicas para redu-cir esta cantidad hasta los 0.00000023 g/cm2,manteniendo las prestaciones. Se espera queen los próximos años se sigan reduciendo estascantidades, para poder abaratar las pilas decombustible.

En nuestro país, tanto miembros de la Aso-ciación Argentina del Hidrógeno como inves-tigadores de la Universidad Nacional de LaPlata y del CONICET –Consejo Nacional deInvestigaciones Científicas y Técnicas– estántrabajando en el análisis de los catalizadoresadecuados para la producción de hidrógeno.

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24 La imagen que integramos en esta página fue presentada enuna conferencia por el doctor Juan C. Bolcich, de laAsociación Argentina de Hidrógeno.

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En la pila de combustible es posible detectarcuatro componentes básicos:

• Panel fotovoltaico, fuente de ali-mentación o dos pilas recargables Ni/Cdtipo AA:

• Tanques de almacenamiento.

• Pila PEM.

• Hélice para lancha.

Tanto el panel fotovoltaico como la fuente dealimentación o las pilas Ni/Cd de tipo AArecargables aportan la energía necesaria paraque funcione la pila reversible, ya sea comoelectrolizador como en su carácter de pilatipo PEM.

Los tanques de almacenamiento de hidróge-no, oxígeno y agua están confeccionados concilindros de acrílicode 4 cm de diáme-tro, aproximada-mente.

Manual de procedimientos para la construcción yel funcionamiento del equipo

3. HACIA UNA RESOLUCIÓN TÉCNICA

Los componentes

A partir del diseño y de la construcción de la pila de combustible, y de la inte-gración conceptual involucrada, los alumnos pueden realizar experienciasreferidas a los tipos de energía y sus aplicaciones, y comprobar las propieda-des de las pilas y de un electrolizador que puede funcionar con energía foto-voltaica y con energía eléctrica.

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La pila de combustible es una celda de tipoPEM – pila de combustible de intercambioprotónico– reversible; ésta hace las veces deelectrolizador y de pila de combustible. Estácomunicada con los tanques de almacena-miento por dos tubos de silicona por los quecircula el agua cuando la celda funcionacomo electrolizador y por los que, luego, sonconducidos elhidrógeno y eloxígeno a lostanques dea l m a c e n a -miento.

El último compo-nente del equipo esuna hélice con mo-tor de imán perma-nente, cuyo funcio-namiento nos per-mite comprobar laeficiencia el equipoconstruido.

El resto de los componentes está formadopor material de laboratorio, cables de cone-xión, fuentes de alimentación, led, pinzascocodrilo, conectores, motor pequeño y aguadesionizada.

Todos estos componentes se encuentran dis-ponibles en ferreterías, negocios proveedoresde material de electrónica y de material delaboratorios de física.

Los materiales,herramientase instrumentos

Para la construcción de la pila de combusti-ble, necesitamos:

Materiales

• Panel solar fotovoltaico de 2 V, o dospilas AA que suplen en el suministro deenergía, o una fuente de potencia (0 – 2.0V DC).

• 1 pila de combustible de tipo PEMreversible. Modo electrolizador 1 W /Modo pila 0,500 mW.

• Polímetro.

• Cilindros de acrílico de 5 cm y 2 cm dediámetro (para tanques de gas de acrílico

de 20 cm3 de H2 / O2).

• Una base de melanina; puede ser unestante de alacena de 35 cm de largo por20 cm de ancho y 5 cm de espesor.

• 1 plancha de acrílico de 25 cm de largopor 15 cm de ancho y 1,5 cm de espesor.

La pila de combustible se consigue por unprecio accesible enwww.fuelcellstore.com

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• 1 plancha de acrílico de 15 cm de largopor 10 cm de ancho y 0,5 cm de espesor.

• 1 hélice (o cualquier consumo que fun-cione con el rendimiento de la pila).

• Adhesivo silicona.

• Motor de 0,3 V. Imán permanente.

• Autos eléctricos de juguete con motoradecuado al rendimiento de la pila.

• Tubos de silicona para conexiones.

• Cables para conexión y conectores.

• Rollo de papel para cocina.

Materiales y sustancias de laboratorio

• 1 botella de 1 litro de agua desionizada;también puede ser de agua destilada deuso comercial.

• Cloroformo.

• Tubos de vidrio de 0,5 cm de diámetro.

• Jeringas y agujas descartables.

• 1 pipeta de 10 ml.

• Vidrio de reloj.

• Reloj digital pequeño.

Herramientas

•• Tijera para cortar chapa o PVC.

• Alicate.

• Llaves tubo.

• Pistola de encolar.

• Limas.

• Tijera

• Marcador indeleble.

Instrumentos

• Cinta métrica.

• Escuadra.

• Regla metálica.

• Cronómetro.

La construcción

La manufactura del equipo no es un proce-so complicado; pero, algunos pasos requie-ren de cuidados, ya que debemos manipu-lar material delicado y sensible como lacelda misma y algunos productos químicosvolátiles y tóxicos que se utilizan paraconectar los tanques de almacenamiento ala pila.

La construcción de la pila de combustibleconsta de dos etapas25:

1 Construcción de la base.

2 Construcción de los tubos de almacena-miento.

1. Construcción de la base

La base es un rectángulo de acrílico de 25 cmde largo por 15 cm de ancho; pero si, ennuestra escuela, tenemos otros materiales quese adapten, que sean resistentes a la humedady que sean livianos, podemos utilizarlos.

25 La tercera etapa de construcción sería la del panel solar;pero, desde aquí no vamos a encararla, porque planteamosla opción de usar la fuente y las pilas recargables AA. Si,en función de los contenidos que usted enseña, le resultaoportuna la inclusión de un panel solar, considere que sevenden unas lámparas para jardín que lo incluyen y que sepueden desarmar para analizarlo.

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Cuando compramos el acrílico, pedimos alvendedor que corte dos anillos de 2 cm dealtura –a partir de un tubo- para contener lostanques de almacenamiento. Pegamos esoscilindros a la base, usando cloroformo.

De la plancha de acrílico adicional de 10 cmde ancho por 15 cm de largo y 0,5 cm deespesor, cortamos rectángulos de 2 cm dealtura, de dimensiones acordes para contenerla celda. De este modo, la celda se puede usarseparada del resto del equipo.

• Sobre la base de acrílico (o del materialque hayamos seleccionado) construimoslos compartimientos para contener lacelda y los tubos de almacenamiento. Esmuy importante que los cortes de lasplanchas sean exactos, para que no que-den espacios que impidan un correctoarmado.

• Limamos las asperezas del acrílico y,luego, limpiamos el polvillo para que nointerfiera en el sellado de las partes.

• Retiramos las láminas protectoras delacrílico.

• Llenamos la jeringa con cloroformo; uni-mos las paredes de acrílico de los com-partimientos.

• Presentamos los pequeños rectángulossobre la base mayor de acrílico y comen-zamos a pegarlos desde el centro hacialos extremos. Repetimos, hasta haberconstruido los estanques de contenciónde la celda y de los tubos de almace-namiento.

2. Construcción de los tubos dealmacenamiento

Los tanques de almacenamiento están forma-dos por:

• un tanque de alma-cenamiento de hi-drógeno y agua conuna salida lateral endonde van los tubosde silicona que co-nectan los tanquesde almacenamientocon la pila;

• un tanque de compensación con unaarandela que permite sujetar el tanque alos tanques de hidrógeno y oxígeno, y untubo de silicona que, cuando se une eltanque de compensación con el tanquede almacenamiento, “pesca” en el tanquede almacenamiento; ambos cilindrostiene el mismo diámetro de 3 cm.

En el tanque de compensación realizamosuna perforación de, aproximadamente, 0,6cm de diámetro en donde se introduce eltubo de silicona, cuando la pila funciona a“modo pila”; por ese tubo de silicona ascien-de al agua a los tanques de compensación, amedida que la desplazan los gases H2 y O2

El armado

En la base ya armada, insertamos los tanquesde almacenamiento en los cilindros asigna-dos para tal caso. Realizamos el mismo pro-cedimiento con la pila y su compartimiento.

Los tubos de almacenamiento se conectan ala celda mediante los tubos de silicona.

El panel fotovoltaico, la hélice o el consumoque hayamos seleccionado, se conectan a lapila recién cuando comenzamos a trabajarcon el equipo.

El ensayo y el control

El éxito de la experiencia depende de lasupervisión de las conexiones, luego delarmado completo del equipo.

Antes de poner en funcionamiento el equipo,le recomendamos leer atentamente las ins-trucciones de uso de la pila PEM y tenerlas amano, para cualquier duda que pudiera sur-gir.

Durante la operación, ya sea de electrólisiscomo de generación de energía, es necesarioque usted y sus alumnos utilicen gafas deprotección, para mayor seguridad.

La celda es un dispositivo sumamente delica-do, por lo que debemos manipularla concuidado, respetando las indicaciones de vol-taje que se suministran para la realización delas experiencias.

Una vez tomados los recaudos necesarios,comenzamos a usar el equipo:

1 Abrimos los ori-ficios de ventila-ción de la pila,quitando sus ta-pones de goma.

62

producto de la electrólisis.

Calibramos los tubos para que retengan 30 cm3 degas.

2 Llenamos por completo el tanque dealmacenamiento de agua e hidrógenocon agua desionizada, hasta que ésta des-borda el orificio.

3 Una vez lleno el tanque, cerramos con eltapón del lado de la pila correspondienteal hidrógeno.

4 Repetimos el procedimiento en la zonadel oxígeno. Nos aseguramos que la pilase moje por completo y que no quedenburbujas de aire en su interior. Si, cuan-do se han cumplido los pasos previos, elnivel de agua no llega al nivel requerido,agregamos la cantidad suficiente paraasegurarnos que no entrará aire al siste-ma.

5 Absorbemos el agua derramada con elpapel para cocina.

Para su uso como electrolizador:

1 Conectamos una fuente de potencia; éstapuede ser el panel fotovoltaico, pilas tipoAA o un alimentador a los terminales dela pila. Recordamos no aplicar voltaje

superior a 2,0 V ni invertir las polarida-des, ya que estos procedimientos destru-yen las pilas; para evitar esta situación, lerecomendamos utilizar un polímetro. Encaso de usar panel solar, operamos conuna lámpara potente o con energía direc-ta del Sol.

En ninguna circunstancia atamos oimpedimos la circulación de las válvu-las, tubos o tanques; estos dispositivosse usan para regular la presión del siste-ma.

Las condiciones de operación del sistemason siempre a presión y a temperaturaambiente.

2 Observamos que comienzan a producirsehidrógeno y oxígeno, por el desplaza-miento del agua desde los tanques dealmacenamiento hacia los tanques decompensación.

3 Una vez llenado lo suficiente el tanque dehidrógeno, desconectamos el voltaje queestamos aplicando.

Ahora, el sistema está en condiciones defuncionar como pila de combustible detipo PEM, realizando el proceso inversode la electrolisis y oxidando el hidrógeno,para generar energía eléctrica.

4 Conectamos el ventilador o el dispositivoseleccionado, para comprobar que elhidrógeno generado y almacenado es elcombustible.

63

Importante: Los iones en el aguapueden afectar el electrolito de la

PEM, por lo que es aconsejable que laconductividad del agua utilizada seamenor a 2 �S/cm.

Nunca debemos poner el equipo en fun-cionamiento si no tiene agua destilada enlos tanques de almacenamiento.

64

Lista de control para el uso de la pila de combustible en el aula

U Antes de conectar el sistema, ¿probamos que no esté en cortocircuito?

U ¿Realizamos una ventilación adecuada del ambiente de trabajo?

UCon nuestros alumnos, ¿analizamos los peligros potenciales del uso de lapila de combustible?

U¿Realizamos un registro de las conexiones, para asegurar el trabajo a presióny temperatura ambiente del sistema?

U ¿Nos aseguramos que la fuente no exceda los 2,0 V?

U¿Controlamos que el agua a utilizar tenga conductividad menor que2�S/cm?

U La PEM, ¿siempre produce la energía esperada?

65

La superación de dificultades

W Dado el carácter combustible del hidrógeno, mantenemos el sis-tema alejado de llamas o materiales cargados eléctricamente.

W Cuando utilizamos módulos solares y la fuente de energía paraéstos es una lámpara, mantenemos unos y otros alejados a, por lomenos, 50 cm de distancia.

W Asimismo, como los módulos solares suelen alcanzar altas tempe-raturas, cuando el sistema está operando somos cuidadosos en sumanipulación.

W Cuando los tanques de almacenamiento están completamentellenos de gas, es posible que se desprenda algo a la atmósfera; paraasegurarnos que no haya peligro de combustión, mantenemos bienaireada el aula en donde trabajamos.

W En caso de no disponer de agua desionizada, podemos utilizaragua destilada comercial; siempre, controlando su conductividad.

En el material de capacitación:

• Alegría, Mónica (2005) Planta potabilizadora. InstitutoNacional de Educación Tecnológica. Buenos Aires.

usted encontrará un método sencillo para determinar, con susalumnos, la conductividad del agua a utilizar.

Puede acceder a esta publicación desde www.inet.edu.ar;específicamente, dirigiéndose al espacio de “Materiales decapacitación” y, ya en éste, a la serie “Recursos didácticos”.

66

En uno de los testimonios que tomamoscomo punto de partida, los alumnos:

• están analizando la celda de combustibletipo PEM, para comprobar los resultadosde la utilización del agua como com-bustible y

• están diseñando experiencias para com-probar la eficiencia de la pila que van aintegrar, luego, en un prototipo a escalade auto con motor eléctrico que funcionecon hidrógeno como combustible.

La pila es reversible. Para estudiar esta con-dición, el instructor propone al grupo iniciarel análisis considerando la energía almacena-da al producir hidrógeno y oxígeno.

Para realizar este análisis, los alumnos tienenen cuenta que las pilas de combustible noson máquinas térmicas, por lo que su rendi-miento no está limitado por el ciclo deCarnot y pueden acercarse, teóricamente, al100 %; sólo las limitaciones en el aprovecha-miento de la energía generada y en los mate-riales empleados en su construcción puedenimpedirles alcanzar este valor. En este estudio, concretan dos experiencias:

a. Uso de la pila en modo “electrolizador”.

b. Uso de la pila en modo “pila de com-bustible”.

a. Uso de la pila en modo “electro-lizador”

Si bien en las especificaciones del productoestá indicado el voltaje y la intensidad, los a-lumnos los comprueban experimentalmente:

• Llenan los tubos de almacenamiento con30 ml de agua desionizada.

• Suministran corriente a la pila de unafuente de 2 V (el valor recomendado esentre 1.8 Vcc y 2 Vcc).

• En paralelo conla fuente, conec-tan un voltímetropara comprobarla tensión en laescala de 2 Vcc.

• En serie con lafuente y la pila,conectan un am-perímetro paramedir la corrien-te suministrada,en la escala de200 mA.

4. EL EQUIPO EN EL AULA

Un auto con energía limpia

Recuerde considerar las instrucciones y lasmedidas de seguridad que hemos planteadopáginas atrás.

En esta experiencia losalumnos utilizan unafuente de energía conven-cional. Si, en su escuela,disponen de un panelsolar o si el presupuestoles permite adquirirlo, elaconsejado es un panel de2,5 V. La utilización delpanel permite almacenarlos reactivos durante eldía y poder utilizarlos enmomentos en que no esdisponible contar con el Solcomo fuente de energía.

67

• Una vez que está todo el circuito armado,conectan los tubos a la pila PEM.

• Observan cómo es desplazada el agua enlos tanques de almacenamiento, debido ala formación de hidrógeno y de oxígeno,por el proceso de electrólisis.

• Cada 15 segundos, miden la intensidadde corriente y la registran en una tabla,junto con el valor de tensión utilizado.

• Cada 15 segundos, miden el volumen dehidrógeno producido para, luego,realizar una curva de producción decombustible (potencia entregada y ener-gía acumulada), en función del tiempo.Toman, como mínimo, 10 o 15 valores.

• Registran la intensidad de corriente yel voltaje en el circuito, en el rango de200 mA y 2 Vcc.26

• Con estos registros, realizan una curva querepresenta la variación de intensidad de lapila en función del tiempo; ésta permitedeterminar la energía acumulada (potenciaentregada) para el cálculo energético.

Con los mismos datos extraídos de lastablas, los estudiantes están en condicionesde calcular la potencia de la pila, sabiendoque P = I . V (intensidad de corrienteexpresada en ampere y V expresada en vol-tios).

Los alumnos verifican que la pila utilizada novaría su potencia a través del tiempo.

Una vez calculada la potencia, determinan eltrabajo que produce la pila como electrolizador.

Si multiplican la potencia por el tiempo apli-cado, obtienen la energía acumulada en lapila de combustible por unidad de tiempo.

W (Joule) = P (watt) . T (s)

De la observación, comprueban que el volu-men de hidrógeno producido es el doble queel de oxígeno.

t–tiempo–

t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12t13t14t15

i–intensidad de

corriente–

26 En la experiencia comprueban que la pila, en el vacío, re-gistra una diferencia de potencial de 0.8 V y que, cuandose conecta a un consumo, el registro es de 0.6 V y así semantiene.

b. Uso de la pila en modo “pila decombustible”

Una vez que los alumnos han concretado elproceso de producción del hidrógeno y deloxígeno por medio de la electrólisis, están encondiciones de comprobar el funcionamien-to del recurso didáctico como pila y de deter-minar su eficacia, conectándole una resisten-cia a modo de “consumo”.

Como la hipótesis de los alumnos es que elagua puede ser el combustible de un auto, suinstructor les propone que conecten la pila aun motor de imán permanente de baja ten-sión (entre 0.5 y 1 V) y que verifiquen sufuncionamiento.

Tanto la resistencia que se conecta en seriecon la pila como el motor de imán perma-nente, funcionan a consecuencia del proce-so que ocurre en la pila:

El interés de los alumnos es conocer en cuán-to tiempo se puede consumir el hidrógenoobtenido, para calcular el rendimiento deesta pila de combustible que va a hacer fun-cionar su prototipo de auto. Para ello realizanla siguiente experiencia:

• Conectan resistencias de 1 k�, 10 k�,100 �, en paralelo con la pila.

• Conectan un amperímetro de 500 mA fs(fondo de escala), en serie con la pila.

• Conectan un voltímetro de 2 V fs (fondode escala).

• Conectan la pila a un consumo; éstepuede ser la resistencia o el motor deimán permanente.

• Cada 5 segundos y por un período de 5minutos, con cada uno de los “consu-mos” (resistencias o motor), miden la en-trega de la pila: el potencial y la intensi-dad de corriente que circula.

• Al mismo tiempo, registran el volumende hidrógeno consumido.

68

El hidrógeno producido mediante la elec-trólisis pasa por la membrana poliméricade intercambio y se combina con el oxíge-no, obteniéndose agua y energía comoproductos de la reacción.

Con la utilización de la PEM para la elec-trólisis, no es necesario acidular el aguaporque la membrana de intercambio pro-tónico contiene grupos sulfónicos quecumplen la función del ácido sulfúrico enla electrólisis convencional.

A su vez, los electrodos de la PEM son deplatino.

Cuando el consumo utilizado es una resis-tencia, la tabla sugerida para cada resistenciao consumo es:

Por un lado, obtienen una curva que vinculael consumo de energía en función de tiempo(potencia entregada). Por el otro, pueden ve-rificar cuál es el consumo de combustible pa-ra la producción de esa cantidad de energía.

Así, los alumnos obtienen el rendimiento dela pila como electrolizador, el rendimiento dela pila como fuente de energía y el control delconsumo de combustible por unidad detiempo.

Con estos datos, ya pueden producir su pro-pio prototipo de auto funcionando conhidrógeno como combustible.

En el taller, el paso siguiente es probar elmotor adecuado para la energía que producela pila y el tiempo en que tarda en consumirel combustible.

Una pila de combustibley una pila voltaica

En la clase de Tecnología, los alumnos seinterrogan acerca de si una pila de combusti-ble funciona igual que una pila voltaica.

Para esto, concretan experiencias de:

a. Medición de la diferencia de potencialen una pila voltaica.

b. Medición de la diferencia de potencialde una pila de combustible de tipoPEM

a. Medición de la diferencia depotencial en una pila voltaica

En esta tarea utilizan un amperímetro, unvoltímetro y una pila recargable Ni/Cd,cables cocodrilos, un cronómetro, una lám-para de 0,5 V y un botón interruptor.

• Conectan la pila Ni/Cd en serie con unamperímetro y la carga (resistencia omotor eléctrico).

• Cada 30 segundos, pulsan el botón inte-rruptor y miden la intensidad durante unperíodo de 5 minutos.

• Registran los datos en una tabla.

• Realizan una curva de intensidad en fun-ción del tiempo.

69

R1 1KA

Intensidad ocorriente

VTensión odiferencia

de potencial

TsTiempo ensegundos

Volumen H2consumido

Es importante que los alumnos diferencienel funcionamiento de esta pila –en la queambos reactivos se obtienen por la electró-lisis del agua– y el proceso de los autoseléctricos que funcionan con pila de com-bustible –en donde el hidrógeno proviene deuna reserva y el oxígeno se toma del aire–.

Los estudiantes verifican que la diferencia devoltaje de la pila decrece a medida que éstafunciona y que, además, disminuye la inten-sidad de corriente.

Aquí, la profesora recuerda a los alumnosque la diferencia de voltaje entre los elec-trodos de una pila está relacionada con elcambio de energía libre �G°, e indica queestas propiedades son proporcionales yque tienen signos algebraicos opuestos:cuando E total de la pila > 0 implica que�G° < 0.

Los alumnos analizan qué sucede en relacióncon el potencial eléctrico, Etotal de la pila, y elcambio de energía libre, cuando una pila fun-ciona durante un tiempo prolongado.

Repiten la experiencia por lo menos tresveces, para poder comparar y extraer datosconfiables.

b. Medición de la diferencia depotencial de una pila de combusti-ble de tipo PEM

Los materiales necesarios son los mismos quepara la experiencia anterior; sólo que, ahora,los alumnos utilizan la pila PEM de nuestrorecurso didáctico.

• Conectan la pila de combustible tipoPEM en serie con un amperímetro y lacarga (motor o resistencia eléctrica).

• Cada 30 segundos, pulsan el botón inte-rruptor y miden la intensidad, duranteun período de 5 minutos.

• Registran los datos en una tabla.

• Realizan una curva de intensidad en fun-ción del tiempo.

• Repiten la experiencia por lo menos tresveces.

Una vez realizadas las experiencias de medi-ción de la caída de potencial en una pila vol-taica y de medición de la caída de potencialde una pila de combustible de tipo PEM,mediante el análisis de los resultados, losalumnos están en condiciones de responder ala pregunta que los inquietaba.

Sus conclusiones son:

• La pila seca recargable varía su potencialcon el transcurso del tiempo. Si bien enel tiempo de medición de la experienciala variación es mínima, es suficiente paracompararla con la pila PEM.

• Cuando la experiencia se realiza con lapila de combustible de tipo PEM, seobserva que el potencial no decae con eluso, mientras la pila tenga el combustiblenecesario para su funcionamiento.

• El combustible para la pila seca está com-puesto de sustancias tóxicas para el quelas utiliza y, por supuesto, para el medioambiente.

70

t VDiferencia de

potencialIntensidad de

corriente en mA

0 s

30 s

• El combustible para la pila PEM es elhidrógeno obtenido de la electrólisis delagua, combustible limpio y renovableque no afecta el medio ambiente en com-paración con los combustibles fósiles.

• Una pila de combustible nunca se agota;mientras haya combustible, continúaproduciendo electricidad. Cuando unabatería se agota, debe experimentar unlargo e inconveniente tiempo de recargapara reemplazar la electricidad gastada.La contaminación, los costos y los pro-blemas en cuanto a la eficiencia se trans-fieren desde el emplazamiento de lasbaterías a la planta generadora central,según dónde se genere la electricidad.

• Al estar sustituida la combustión a altatemperatura de combustibles fósiles poruna reacción electroquímica catalizadaentre el hidrógeno y el oxígeno, no existeemisión de gases contaminantes (óxidosde nitrógeno y azufre, hidrocarburosinsaturados, etc.), con lo que el impactosobre el medio ambiente es mínimo. Eséste quizás, el aspecto más atractivo delas pilas de combustible.

En la Argentina se venden 5 tipos de pilas norecargables:

• carbón–zinc,

• alcalinas,

• cloruro de zinc,

• óxido de plata,

• óxido de mercurio.

Las dos primeras son las más comunes; lasusamos para radios, linternas, walk-man ycontienen diferentes porcentajes de mercu-rio.

Las otras tres también se venden mucho; sonlas baterías botón de los relojes, calculadoras,cámaras de fotos.

En ambos grupos, existe un elemento alta-mente contaminante: el mercurio; el porcen-taje de óxido de mercurio en ellas puede lle-gar al 50 % de su peso total. Así, cuando unoarroja pilas con mercurio a la basura, éstasvan a parar a la tierra, junto con el resto delos residuos; y, a pesar de estar en desuso,siguen descargando ese mineral a su alrede-dor.

Si multiplicamos las pilas que usa cada habi-tante por la cantidad de habitantes, nosdamos cuenta cómo estamos contaminandonuestra tierra con mercurio. O sea, que laposibilidad de ingesta de este mineral no esun mal lejano sino actual, que puede provo-car daños cerebrales, en los riñones y en lafunción motora.

La mayoría de las pilas y baterías recargablesactuales carece de mercurio –pero, no sontodas las que se comercializan–. Sin embar-go, contienen níquel y cadmio, dos metalespesados altamente tóxicos. La exposición alníquel puede destruir los tejidos de las mem-branas nasales. Los estudios sobre el cadmiolo califican como cancerígeno y causante detrastornos en el aparato digestivo, además deresultar altamente peligroso para las mujeresembarazadas.

71

72

Esta parte final de nuestro módulo de capa-citación contiene un cuadernillo para la eva-luación del recurso didáctico que le presen-tamos y, de las experiencias didácticas y con-tenidos propuestos a partir de él:

Esta evaluación tiene dos finalidades:

• Brindarle a usted, como docente que uti-liza este material, la oportunidad de do-cumentar el seguimiento de las activi-dades que realice con sus alumnos, a par-tir de nuestras propuestas y, en funciónde esta memoria de acciones, propiciaruna reflexión acerca de los cambios,mejoras o enriquecimiento de su propiatarea de enseñanza.

• Obtener de su parte, como usuario deeste material, información sobre todoslos aspectos en torno a los cuales gira lapropuesta.

Para este relevamiento de información, ustedencontrará, a continuación, una serie decuestionarios organizados básicamente entablas o matrices para completar. Con losdatos que usted exprese en ellos esperamostener una realimentación que nos permitamejorar todos los componentes de la serie depublicaciones “Recursos didácticos” yenriquecerla con propuestas o docu-mentación complementaria para aquellosdocentes que planteen iniciativas, interro-

gantes o dificultades específicas con relacióna la construcción del recurso didáctico, a lasactividades de aula, a los contenidos cientí-ficos y tecnológicos, a la metodología deenseñanza, a los procedimientos incluidos, ala información sobre materiales y a otrosaspectos.

Dada la importancia que esta información deretorno tiene para nuestro trabajo deseguimiento, mejora y actualización, leagradecemos que nos remita el cuadernillocon todas las observaciones, comentarios osugerencias adicionales que nos quiera hacerllegar. Para ello puede remitirnos una copia,a través de correo postal, a

Área de Monitoreo y Evaluación –CeNET–Oficina 112Saavedra 789. C1229ACE.Ciudad Autónoma de Buenos Aires.República Argentina.

O, si lo prefiere, solicitarnos el archivo elec-trónico de las páginas que siguen aevcenet@inet.edu.ar, enviándonos la versióndigitalizada de sus respuestas a través delmismo correo electrónico.

Desde ya, muchas gracias.

5. LA PUESTA EN PRÁCTICA

Identificación del material:

Las dimensiones que se consideran para la evaluación del módulo de capacitación y delrecurso didáctico son:

ILa puesta en práctica

1. Nivel educativo

2. Contenidos científicos y tecnológicos

3. Componentes didácticos

4. Recurso didáctico

5. Documentación

6. Otras características del recurso didáctico

7. Otras características del material teórico

8. Propuestas o nuevas ideas

(*) Por favor, indique la modalidad, la orientación, la especialidad, etc.

Escuela técnica (*)Nivel educativo EGB2

Polimodal(*)

Trayecto técnico-profesional (*)

Formaciónprofesional (*)

Otra (*)

1 2 3 1 62 3 4 5

EGB3

Nivel en el queusted lo utilizó

Asignatura/espacio curricular en el que usted lo utilizó:

2. Contenidos científicos y tecnológicos trabajados:

1. Nivel educativo en el que trabajó el material:

3. Componentes didácticos:

3.1. Testimonios (situaciones problemáticas) presentados en el material

a. ¿Le resultaron motivadores para iniciar las actividades propuestas?

b. ¿Le facilitaron el desarrollo de contenidos curriculares que ustedtenía previstos?

c. A su criterio, ¿están vinculados con el recurso didáctico que se lepropone desarrollar?

d. ¿Le facilitan la organización de situaciones didácticas para el tra-bajo de los contenidos científicos y tecnológicos propuestos?

e. El nivel de las situaciones problemáticas que se plantean, ¿es eladecuado al nivel educativo para el que está previsto?

f. En caso negativo, ¿permiten adecuaciones para ser trabajados enel nivel educativo de sus alumnos o en otro nivel educativo?

g. Los testimonios iniciales, ¿permiten generar diferentes soluciones(soluciones tecnológicas o didácticas)?

En caso que su respuesta sea negativa (en cualquier ítem), le pedimos que nos indique porqué (señale el número del ítem a que corresponde su comentario)

Otro (indique el ítem al que corresponde el comentario):

La puesta en prácticaII

Sí Otro1No

1 Utilice esta opción para indicar que agregará comentarios al final de este sector de la matriz.

La puesta en práctica

3.2. Estrategias

A partir de la utilización de las propuestas de trabajo en el aula contenidas en el material ydel recurso didáctico con el que se asocian, le solicitamos que nos indique (tomando comoreferencia su forma de trabajo anterior a disponer del material), cómo resolvió las activida-des consignadas en la tabla siguiente:

III

Mej

or

Igua

l

No

aplic

ado2

Inco

rpor

ado3

3.2.1. Contextualización de la estrategia didáctica

Con respecto a su forma habitual de trabajo, usted logró:

a. Determinar las capacidades, habilidades, conocimientos previosnecesarios para iniciar las actividades propuestas.

b. Organizar, asociar, relacionar los conocimientos científicos y tec-nológicos para resolver un problema tecnológico.

c. Recortar (identificar) los contenidos científicos y tecnológicos atrabajar con sus alumnos para el desarrollo de un sistema/produc-to tecnológico como el propuesto por el material.

d. Vincular estos conocimientos con los saberes previos de los alum-nos.

e. Establecer la secuencia adecuada de los contenidos científicos ytecnológicos, y de los procedimientos para generar una solucióntecnológica (la propuesta por el material u otra diferente).

f. Organizar una experiencia didáctica integrando conocimientoscientíficos y tecnológicos, metodología de resolución de problemasy procedimientos propios del trabajo tecnológico.

g. Otras (que haya incorporado o hecho mejor con el recurso).

2 No aplicado: No lo hizo antes ni ahora con este recurso didáctico.3 Incorporado: Integró la estrategia a sus clases a partir de la utilización del recurso didáctico propuesto.

La puesta en prácticaIV

Mej

or

Igua

l

No

aplic

ado

Inco

rpor

ado

3.2.2. Desarrollo de la estrategia didáctica

Con respecto a su forma habitual de trabajo, usted logró:

h. Encuadrar la tarea a partir de la formulación de uno (o varios)problemas.

i. Explicitar consignas de trabajo que plantean una situación pro-blemática.

j. Organizar las actividades de aprendizaje atendiendo a las etapaspropias de la resolución de problemas.

k. Utilizar técnicas de trabajo grupal.l. Promover el trabajo colaborativo y cooperativo.m. Otras (que haya incorporado o hecho mejor con el recurso).

Mej

or

Igua

l

No

aplic

ado

Inco

rpor

ado

3.2.3. Aspectos cognitivos (proceso de aprendizaje de sus alumnos)

Con respecto a su forma habitual de trabajo, usted logró:

n. Estimular a sus alumnos en la búsqueda de información e investi-gación en torno al problema eje del material.

o. Promover la consulta a variadas fuentes de información.p. Rescatar, incorporar los aportes del grupo para identificar aspectos

o variables críticas del problema.q. Evaluar los conflictos cognitivos propios del proceso de aprendizaje.r. Detectar, evaluar, la comprensión asociativa.s. Promover la reflexión sobre las actividades realizadas y las estrate-

gias utilizadas en cada parte del proceso.t. Otras (que haya incorporado o hecho mejor con el recurso).

4. Recurso didáctico:

4.1. Construcción del recurso didáctico

Tomando en cuenta la finalidad prevista en el material para el recurso didáctico (equipamien-to o software), le pedimos que nos indique si, a partir de la propuesta contenida en el mate-rial:

4.1.1. Utilizó:

VLa puesta en práctica

a. Un equipo ya construido, según lapropuesta del material.

c. Otro que ya tenía disponible(de características similares).

b. Un software.

d. Ninguno.

Si su respuesta fue “d.” indíquenos la razón, por favor:

a. ¿Pudo seguir sin dificultades los procedimientos indicados en el “Manual deconstrucción”?

b. La secuencia indicada, ¿fue la adecuada para la construcción?

c. El grado de complejidad, ¿fue el apropiado para el nivel educativo a que sedirige el recurso?

d. Los contenidos científicos asociados, ¿son pertinentes para el desarrollo delrecurso propuesto?

e. Los contenidos tecnológicos asociados, ¿son pertinentes para el desarrollodel recurso propuesto?

f. Con sus alumnos, ¿construyó el recurso didáctico siguiendo el proceso y lametodología de resolución de problemas?

g. ¿Siguió todos los procedimientos propuestos para la construcción peroincorporó sus propios contenidos científicos y tecnológicos?

h. Por el contrario, ¿hizo adaptaciones en los procedimientos de construcciónpero mantuvo los mismos contenidos?

i. ¿Realizó la construcción siguiendo las actividades de aula propuestas en elmaterial?

j. ¿Diseñó sus propias experiencias en función de su grupo de alumnos?

¿Completó todas las etapas del proceso de construcción propuesta?

En caso negativo, indíquenos a qué fase llegó:

Sí No

La puesta en práctica

4.1.2. ¿Realizó todo el proceso de construcción del recurso didáctico con susalumnos? (Conteste este apartado en caso de que haya construido un equipoigual al propuesto. En caso contrario, pase al apartado 5 “Documentación”)

4.1.3. En caso de que su respuesta sea afirmativa, le pedimos que nos indique:

Sí No

Sí No

a. Planificación.

c. Construcción, armado.

b. Diseño en dos dimensiones.

d. Ensayo y control.

e. Superación de dificultades (evaluación del funcionamiento, siguiendo las indica-ciones y la lista de control que brinda el material).

f. Construcción de otro equipo que se adapta más a sus necesidades curriculares(Si marcó esta alternativa, lo invitamos a responder, directamente, el apartado 4.1.5.).

VI

VIILa puesta en práctica

4.1.4. Complete este ítem sólo si realizó el proceso de construcción del equipo siguiendo losprocedimientos indicados en el Manual. Si no fue así, lo invitamos a responder elapartado 4.1.5.

Acerca de los materiales, herramientas e instrumentos:

a. La especificación de los materiales para la construcción, ¿fue suficiente paraconseguirlos?

b. ¿Utilizó los mismos materiales (en calidad y tipificación) indicados en ladocumentación?

c. ¿Reemplazó materiales, instrumentos, componentes, piezas, etc., sin alterarel resultado final previsto en el material?

d. La especificación de las herramientas a utilizar, ¿le resultó adecuada?

e. La cantidad de herramientas indicadas, ¿fue la necesaria?

f. Los instrumentos, ¿estuvieron bien especificados?

g. El tipo y cantidad de instrumentos, ¿fueron los adecuados para armar elrecurso didáctico?

Sí No

4.1.5. En caso de que usted haya construido un recurso didáctico diferente al propuesto porel material de capacitación, le pedimos que nos indique si la razón fue:

a. El propuesto no se ajustaba a susnecesidades curriculares.

c. No pudo interpretar el manual deconstrucción.

b. No pudo conseguir los materi-ales o instrumentos indicados.

d. Otra (Por favor, especifíquela).

La puesta en práctica

4.1.6. ¿Qué características específicas destacaría en este recurso didáctico diferente al pro-puesto por el material, que sus alumnos han construido. (Marque todas las opcionesque considere necesarias):

a. Se ajusta mejor a los contenidoscurriculares que necesita trabajar.

c.

b. Es más económico.

d. Es más adaptable(a diversos usos).

e. Otra (Por favor, especifique):

Permite su reutilización(mediante el desarme y armado, enfunción de necesidades didácticas).

Descripción del recurso didáctico construido:f.

Indique las principales diferencias con el equipo propuesto(estructurales, funcionales, didácticas):

g.

VIII

La puesta en práctica

a. Aprovechando todo el proceso y lasecuencia de construcción pro-puestos en el material.

c.

b. Aplicándolo (como algo ya comple-to) a la solución de problemas dife-rentes al propuesto en el material.

d. Otra (Por favor, especifique):

Utilizándolo como un sistema tecnológico (ya construido) en las funciones paralas que está pensado (manejo de las variables, control de operaciones, etc.).

4.2. Utilización del recurso didáctico

4.2.1. ¿Cómo utilizó el recurso didáctico (hecho por usted o ya construido), en las experien-cias didácticas que concretó? (Puede marcar todas las opciones que crea necesarias)

IX

La puesta en práctica

Con respecto a su forma habitual de trabajo, este recurso didáctico lepermitió a usted, como docente:

a. Integrar contenidos científicos y tecnológicos en la solución de situa-ciones problemáticas de carácter tecnológico.

b. Diseñar situaciones de enseñanza y de aprendizaje centradas en laresolución de problemas tecnológicos.

c. Planificar y promover en sus alumnos la organización del trabajo(planificación y secuenciación de tareas), según el proceso tecnológico.

d. Favorecer la identificación de aspectos o variables críticas de unasituación problemática.

e. Organizar las actividades de manera que facilite la toma de decisionespor parte de los alumnos (determinación y selección de alternativas,opciones de diseño, materiales, etc.).

f. Organizar la actividad de sus alumnos en función de solucionesdiversas a los problemas planteados.

Mej

or

Igua

l

No

aplic

able

4

Otro

5

4.2.2. Ya sea que haya desarrollado el recurso didáctico con sus alumnos según las especifi-caciones del material, ya sea que haya construido otro diferente o que haya utilizadoun equipo ya construido, en relación con las actividades que usted venía realizando,la utilización del recurso didáctico propuesto por el material le permitió (seleccione laopción que coincida con sus experiencias):

g. Agregue otras que usted considere haber logrado de una mejor manera con este recursodidáctico

4 NA: No aplicable; es una actividad que no realizó antes ni ahora.5 Otro: Recuerde utilizar esta opción para indicar que agregará comentarios al final de este sector de la tabla.

X

La puesta en práctica

Con respecto a su forma habitual de trabajo, este recurso le permitió alos alumnos (habilidades intelectuales):

Capacidad de planificar

h. Identificar variables o aspectos fundamentales de un problema tec-nológico.

i. Organizar su trabajo en etapas (identificar y seguir la secuencia deoperaciones de un proceso).

j. Ejecutar las actividades en los plazos o etapas previstas.

k. Seleccionar materiales, herramientas y piezas, de acuerdo con lasnecesidades del diseño.

l. Anticipar y resolver dificultades que podrían surgir en el proceso.

m. Prever puntos críticos de todo el proceso.

Mej

or

Igua

l

No

aplic

able

Otro

n. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didáctico

XI

La puesta en práctica

Capacidad para tomar decisiones

o. Analizar alternativas en función de un problema.

p. Seleccionar alternativas en función de las restricciones planteadasen el problema, o en el contexto de enseñanza y de aprendizaje.

q. Adecuar la propuesta para la solución del problema planteado.

Mej

or

Igua

l

No

aplic

able

Otro

r. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didáctico

XII

La puesta en práctica

Capacidad de aplicar y transferir

s. Interrelacionar los datos, técnicas y procedimientos en el diseño dela solución.

t. Utilizar técnicas de representación adecuadas al equipo que seconstruye o en el ya construido que se utiliza.

u. Integrar los conocimientos científicos y tecnológicos en losmomentos pertinentes para el diseño de la solución.

v. Relacionar, ensamblar componentes en la secuencia adecuada.

w. Utilizar de manera correcta la simbología y los lenguajes propios dela tecnología (representación gráfica, simbólica, etc.).

x. Transferir conocimientos científicos y tecnológicos en otras activi-dades similares.

Mej

or

Igua

l

No

aplic

able

Otro

y. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didáctico

Otro (Por favor, exprese aquí los comentarios que tenga, identificando el ítem con la letra quecorresponda):

XIII

La puesta en práctica

5. Documentación (Material teórico, manual de procedimientos y propuestas didácticas):

5.1. ¿Cómo calificaría los aportes del material recibido (encuadre y desarrollo teórico, y expe-riencias propuestas para el aula)?

a. Por su potencialidad didáctica (sugerencias, propuestas de trabajo en elaula, papel motivador, etc.).

b. Para sus necesidades curriculares (desarrollo de los contenidos y experien-cias previstas en su planificación).

c. Para organizar, planificar, concretar experiencias didácticas relacionadascon problemas de Educación Tecnológica.

d. Para renovar, actualizar, ampliar (subraye el que se ajusta más a su expe-riencia) los contenidos que desarrolla en su área/ disciplina.

e. Para trabajar conocimientos científicos y tecnológicos de manera asociadaa un problema tecnológico.

f. Para organizar experiencias de aprendizaje en torno a la utilización derecursos didácticos.

g. Para utilizar un recurso didáctico en el marco de experiencias didácticasorganizadas en función de la resolución de problemas.

h. Para integrar mejor contenidos científicos y tecnológicos en la soluciónde problemas de carácter tecnológico.

i. Para estimular la generación creativa de otros recursos didácticos.

MV6

V PV

Otras (Especifíquelas, por favor)

6 Escala= MV: Muy valioso / V: Valioso / PV: Poco valioso

XIV

Sí OtroNo

La puesta en práctica

5.2. Manual de procedimientos para la construcción y el funcionamientodel recurso didáctico

En caso de que haya seguido los procedimientos contenidos en el Manual (ya sea para hacerun equipo igual o uno diferente al propuesto), le pedimos nos indique si:

a. ¿Pudo seguir todos los procedimientos descriptos, sin dificultad?

b. ¿La secuencia descripta le resultó la adecuada?

c. ¿La secuencia establecida le planteó alternativas según algún crite-rio (disponibilidad de los materiales, trabajo de contenidos especí-ficos, etc.)?

d. ¿La finalidad (para qué sirve) del equipo está indicada con clari-dad?

e. ¿Se establecen cuáles son los contenidos (científicos o tecnológicos)que se asocian al equipo a construir?

f. ¿Se determina la relación entre conocimientos implicados, proce-dimientos a seguir, materiales a utilizar y experiencias posibles derealizar?

g. ¿Considera que la relación anterior es pertinente (es la que corres-ponde) para la construcción que se propone?

h. ¿La descripción de los procedimientos le facilitaron la organizaciónde las experiencias de trabajo con sus alumnos?

i. ¿Pudo seguir las indicaciones para la puesta en funcionamiento?

j. ¿Todas las indicaciones para el uso son claras?

Otro (identifique con la letra que corresponda el ítem sobre el que hace observaciones)

Por favor, fundamente sus respuestas negativas o agregue los comentarios que crea pertinentes(identifique el ítem a que se refiere):

XV

La puesta en práctica

6. Otras características del recurso didáctico:

6.1. Constructivas (Por favor, conteste sólo si realizó el proceso de construcción). Indique siel proceso de construcción reúne las siguientes características:

a. Simplicidad. Es sencillo de construir por parte de los alumnos.

b. Economía. Es posible hacerlo con materiales de bajo costo.

c. Compatibilidad. Todos los componentes, bloques y sistemas permiten serintegrados entre sí.

d. Acoplabilidad. Puede ser unido o combinado con otros recursos didácticos.

e. Sencillez. Permite combinar diferentes tipos de materiales (madera, cartón,plástico, otros similares).

f. Facilidad de armado y desarmado. Permite, sencillamente, realizar pruebas,correcciones, incorporación de nuevas funciones, etc.

Sí No

Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué (Por favor, identifique sucomentario con la letra del rasgo aludido):

XVI

La puesta en práctica

6.2. Técnicas (Por favor, complete tanto si construyó el equipo como si utilizó uno ya cons-truido)

a. Portabilidad. Puede ser utilizado en el taller, aula, laboratorio.

b. Modularidad. Puede ser adaptado a diversos usos; para trabajar diversos con-tenidos curriculares o para realizar diferentes experiencias didácticas; paraaprendizaje, demostraciones, análisis, etc.

c. Reutilización. Posee partes, componentes, bloques o subsistemas que puedenser desmontados para volver a su estado original, y usados en sí mismos o enforma independiente.

d. Incrementabilidad. Puede complejizarse agregando piezas o completando elsistema para mejorar su funcionalidad, rendimiento, precisión o calidad.

e. Aplicabilidad múltiple. Como sistema tecnológico, permite que usted selec-cione las variables con las que desea trabajar (algunas de las que maneja el sis-tema, todas las previstas o agregar otras).

Sí No

Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué, identificando su comentariocon la letra correspondiente:

XVII

La puesta en práctica

6.3. Didácticas (Por favor, complete tanto si construyó el equipo como si utilizó uno yaconstruido)

a. Congruencia. Tiene relación con los testimonios de realidad incluidos en elmódulo de capacitación.

b. Pertinencia. Los componentes, bloques funcionales y sistemas son adecuadospara el trabajo con los contenidos curriculares de la educación técnico-profe-sional.

c. Integración. Posibilita el tratamiento asociado de los conocimientos científicosy tecnológicos propuestos en el material.

d. Escalabilidad. Es posible utilizarlo con proyectos o problemas con diferentesniveles de complejidad.

e. Complejidad creciente. Las soluciones alcanzadas para una parte del proble-ma, sirven de base para las siguientes o permite que, agregando componentes,sea utilizado como solución a problemas más complejos.

f. Adaptabilidad. Permite su adaptación a soluciones diversas en torno a lasproblemáticas planteadas.

Sí No

Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué, identificándola con la letracorrespondiente:

XVIII

La puesta en práctica

7. Otras características del material teórico:

¿Cómo calificaría el diseño del módulo escrito (desarrollo de contenidos científicos y tec-nológicos, y propuestas de experiencias didácticas)?

a. Formato gráfico del material (distribución del contenido, márgenes, dis-tribución de texto e imágenes, inserción de gráficos, diseño gráfico glo-bal, etc.).

b. Lenguaje utilizado (claridad, adecuación al destinatario).

c. Organización (secuencia entre cada parte).

d. Adecuación al destinatario (evidencia que se toma en cuenta que es unmaterial para ser trabajado en un ámbito escolar).

e. Pertinencia de los conocimientos científicos con las problemáticasplanteadas.

f. Pertinencia de los conocimientos tecnológicos con las problemáticasplanteadas.

g. Vinculación (pertinencia) del recurso didáctico que propone con lassituaciones didácticas planteadas.

h. Congruencia (vinculación) de los contenidos propuestos con el recursodidáctico.

i. Aporte metodológico para enriquecer sus estrategias didácticas.

j. Aporte teórico (en general) para su trabajo docente.

k. Valor motivador para el trabajo con sus alumnos.

l. Valor orientador para generar sus propios recursos didácticos.

m. Concepción innovadora para el trabajo didáctico en la educación técni-co-profesional.

MB7

B MR

Si marcó la opción “Malo”, le pedimos que nos explique por qué:

7 Escala= MB: Muy bueno / B: Bueno / R: Regular / M: Malo

XIX

La puesta en práctica

8. Propuestas o nuevas ideas:

Tanto para los autores de este material, como para el CeNET como institución responsablede su elaboración y distribución, una de las finalidades más importantes es suscitar en loseducadores nuevas ideas, aplicaciones o propuestas creativas a partir de la lectura o el traba-jo con el módulo.

En función de ello, le solicitamos que nos indique:

Si a partir del módulo (contenido teórico y recurso didáctico) usted, en su calidad de(marque todas las opciones que correspondan):

a. docente a cargo de un grupo de alumnos

c. responsable de la asignatura:

b. directivo

d. lector del material

e. otro (especifique):

ha generado nuevas ideas o propuestas:

Respecto de los contenidos (independientemente del recurso didáctico):

a. Organización de su asignatura.

b. Contenidos científicos y tecnológicos (formas de asociarlos, ampliarlos,desarrollarlos, etc.)

c. Planificación de las experiencias didácticas.

d. Trabajo con resolución de problemas.

Sí No

XX

La puesta en práctica

Otras (Por favor, especifique en qué ámbitos ligados con los contenidos ha generado estasnuevas ideas o propuestas):

Si su respuesta fue afirmativa le pedimos que la amplíe:

XXI

La puesta en práctica

En relación con el recurso didáctico. Le pedimos que nos relate (libremente) las nuevas ideaso propuestas que el trabajo con este material le ha suscitado:

XXII

Sí

La puesta en práctica

No

En caso negativo, por favor, indíquenos por qué:

¿Puso en práctica alguna de estas ideas o propuestas?

¿Cuál/es?

XXIII

Títulos en preparación de la serie “Recursos didácticos”.

- Agenda electrónica para personas con disminución visual

- Arquitectura bioclimática

- Auto solar

- Banco de trabajo

- Generador eólico

- Manipulador neumático

- Máquina de vapor

- Matriceria. Moldes y modelos

- Planta de tratamiento de aguas residuales

- Simuladores interconectables basados en lógica digital

- Sismógrafo

- Sistemas SCADA para el control de procesos industriales

- Tren de aterrizaje