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Máquinas Térmicas (página 2)

Enviado por Prinho Herrera



Partes: 1, 2


Según el ciclo modelado de Otto, la energía que se suministra es igual a la cantidad de calor que aporta el combustible. La potencia que se registra del motor a un régimen dado es la potencia útil que se obtiene. La diferencia entre estos valores es el calor que se disipa en el motor hacia el ambiente, por los refrigerantes y los que se llevan los gases de combustión:

Para el cálculo de la potencia útil simplemente se multiplica el par producido por las rpm para el régimen del motor:

El cálculo del calor suministrado se realiza multiplicando el flujo másico de mezcla que ingresa a la cámara por el poder calorífico del combustible.

En este punto debemos hallar el flujo másico de combustible o de lo contrario se usa la segunda igualdad, donde el calor específico para el aire se toma de las tablas, la variación de temperaturas se halla asumiendo una combustión estequiométrica completa (TMAX= TLLAMA ADIABÁTICA), además se tiene la presión del PMS de las especificaciones técnicas (850 kPa).

El flujo másico del aire para el motor se halla como sigue, para un ciclo:

Donde:

- La cilindrada obtenida de las especificaciones se divide entre tres, ya que un giro completo del rotor equivale a tres ciclos completos.

N: número de revoluciones de cigüeñal (rev/s)

A: número de ciclos por giro de cigüeñal, para este caso se especifican 2 ya que el motor es de doble rotor.

iii. Análisis exergético:

Se determinan las corrientes de exergía mediante las siguientes fórmulas:

Exergía que acompaña a los flujos de calor:

Exergía del la potencia obtenida:

iv. Irreversibilidades:

Este motor presenta un inconveniente, que es la pérdida de potencia por fricción en los segmentos de sellado, sin embargo, ésta es menor que la que se genera al vencer la inercia durante la transmisión del movimiento (de lineal a rotatorio) en un motor alternativo mediante el mecanismo de biela-manivela.

También hay otros factores de diseño que definen el proceso como irreversible. La diferencia de presiones entre la cámara adelantada y retrasada al momento que avanza el frente de llama puede generar una combustión deficiente en la segunda cámara, este problema se da sólo a velocidades lentas, y por ende fugas de combustible y pérdidas de eficiencia.

éstos son las dos principales fuentes de pérdida de potencia en el motor, la fracción de pérdida de potencia que generan éstas y en general todas las irreversibilidades existentes se puede calcular mediante:

I = -T0*σ

Donde:

T0: Temperatura del ambiente

σ: factor de irreversibilidad (obtenido por la segunda ley)

C.      ASPECTOS TECNOLÓGICOS

i. Esquemas técnicos:

Los principales elementos del motor se encuentran abajo mostrados.

- Se muestra la relación de los procesos entre un motor alternativo y el motor Wankel.

- Se muestra el gradiente de temperaturas al que está sometido el estator, factor importante a tomar en cuenta en su diseño.

ii. Descripción del equipo:

 El motor Wankel es un motor térmico de combustión interna. El motor está compuesto básicamente por los rotores, estatores y el eje excéntrico. En el caso de un motor de dos rotores como el RENESIS, se tiene dos rotores que giran acoplados al eje excéntrico mediante unos engranajes, Estos rotores se encuentran en los cilindros, carcazas que se unen mediante una placa común intermedia entre los dos rotores.

Los rotores tienen una forma aproximada de triángulo equilátero con los lados ligeramente convexos. Los vértices del rotor siempre están en contacto con el cilindro y es así como se delimitan las tres cámaras que posee cada cilindro.

Sin embargo, el motor Wankel es también un motor de cuatro tiempos; pero los procesos de admisión, compresión, ignición y expulsión se realizan en zonas fijas del cilindro de éste motor, los procesos se van realizando de acuerdo al giro del rotor. Cada una de las tres cámaras definidas por el rotor pasa por las zonas del cilindro y procesos indicados.

Los procesos que tienen lugar en las cámaras, espacio variable entre los rotores y los cilindros, ya se han explicado; y basándose en los esquemas mostrados en el punto anterior, se logra tener una idea clara del funcionamiento de este tipo de motor rotativo.

A continuación se pasará a detallar cada uno de los componentes principales del motor.

iii. Descripción de elementos principales:

- Rotor: El rotor es lo que transmite la presión de los gases y además el rotor trabaja como válvulas de escape y admisión al comunicarse con las lumbreras. Tiene los elementos de sellado en sus vértices, para lograr el aislamiento entre las diferentes cámaras. El rotor transmite el giro al eje y es por esto que posee un engranaje y cojinete en el agujero interior. También posee sistemas de aislamiento con el estator en sus caras anterior y posterior.

Una parte importante en el rotor son las hendiduras que posee en sus caras laterales, ya que estas influyen notablemente en el rendimiento del motor, ya que determinan la relación de compresión. El rotor del RENESIS es de hierro fundido.

- Estator: Se forma de: estator periférico y estator lateral, en conjunto cumplen la función del cilindro y la culata en un motor convencional. Debe ser de un material bastante resistente ya que está expuesto a presiones localizadas, además de gradientes de temperatura muy marcados. En general se fabrica de aleaciones de aluminio recubiertas de acero y cromo.

Debe estar dimensionalmente muy bien fabricado para que encaje con el rotor a la perfección y conseguir el sellado de las cámaras.

En el RENESIS, los estatores periféricos están hechos de hierro fundido y en su unión con los laterales se hallan un sello de caucho.

- Eje (cigüeñal): El eje excéntrico se soporta en los rodamientos del rotor y unido a el mediante los engranajes. Los excéntricos para los dos rotores, en el caso del RENESIS, están desfasados 180°. El eje tiene también volantes para distribuir bien el giro.

- Engranajes de transmisión: El mecanismo se forma de un piñón fijo a la tapa lateral del estator y uno de dientes interiores unido al rotor. La relación entre el número de dientes es lo que proporciona la relación de transmisión 3:1 entre el rotor y el eje de transmisión. Generalmente se trata de engranajes de dientes rectos.

- Mecanismo de sellado: Son segmentos unidos al rotor que garantizan la hermeticidad entre una cámara y otra, y entre el rotor y el estator periférico. Se tienen los segmentos periféricos que se encuentran en cada vértice del rotor y aseguran la estanqueidad entre cámaras adyacentes y los laterales, que son láminas de las que depende el sellado axial del motor. A esto se suman los pernos de anclaje que mantienen unidos los segmentos periféricos y los laterales.

D.      ASPECTOS AMBIENTALES

i. Impacto ambiental del equipo:

El motor rotativo al igual que los motores alternativos de cilindro-pistón trabaja básicamente con combustibles de hidrocarburos (gasolina y diesel). En cierta medida este tipo de motor es más contaminante que el motor alternativo, dado que el control de sus emisiones es más caro.

En esta presentación tomamos como representante del motor Wankel al Mazda RX-8. En este vehículo se ha logrado ya controlar su nivel contaminante y se encuentra ya dentro de los estándares permitidos.

Esto nos lleva a concluir que este tipo de motor no representa " la solución" a los problemas de polución actuales, ya que lo que actualmente se busca es una alternativa motora menos contaminante o no contaminante.

ii. Ciclo de vida:

El motor Wankel (RENESIS) emite gases de combustión por debajo se los rangos máximos permitidos, es por esto que puede ser usado sin inconveniente de polución alarmante, aunque esto no lo hace del todo bueno.

En comparación con vehículos híbridos mucho menos contaminantes, los vehículos que poseen un motor rotativo no se asoman como una solución a este tema tan tocado en los tiempos actuales.

Es en general más contaminante que un vehículo de igual potencia con motor alternativo.

Es por esto que no se propone al motor Wankel como una alternativa " ecológica" . Fuera de esto, es un motor que cuando entra en desuso no supone mayor problema pues sus partes pueden ser reutilizables con diversos fines, no utiliza ningún refrigerante en exceso contaminante. El tiempo de trabajo en un buen estado es en promedio 6 años.

E.      DESCRIPCIÓN TERMODINÁMICA Y TECNOLÓGICA DE UN CASO ESPECÍFICO

ii. Parámetros de operación:

Se analizará, como se ha venido haciendo, el motor rotativo de dos rotores RENESIS del Mazda RX-8. Se muestra un cuadro obtenido de las especificaciones del proveedor en España para la versión estándar.

La cilindrada del motor se calcula como la diferencia entre el volumen máximo de la cámara y el volumen mínimo. Este valor depende de la geometría del rotor que es bastante complicada y entonces la cilindrada unitaria (por cámara) es:

Donde: los valores de R, a. b y B dependen de la geometría del rotor. De acuerdo a la equivalencia ya mencionada con el motor alternativo, la cilindrada total por rotor es:

VT (cilindrada total) = 2*V

La relación de compresión para el motor Wankel según la definición de volumen máximo entre volumen mínimo, queda definida como sigue:

 

ii. Balance de masa:

Para el motor se toma como volumen de control un cilindro con el rotor y la masa de mezcla que entra por la lumbrera de admisión debe ser igual a la que sale por la lumbrera de escape. El análisis se reduce a un volumen de control (Proceso FEES de una entrada y una salida).

iii. Balance de energía:

El combustible que recibe el RENESIS es gasolina de 95 octanos, pero como se dijo se va a hallar el calor que recibe la mezcla como se indicó:

-El flujo másico de mezcla se calcula a continuación:

Por lo tanto la masa de mezcla que acompaña a un ciclo es:

La relación de compresión (10/1) y la presión del PMS (850 kPa) se obtienen de las especificaciones técnicas del proveedor.

850 kPa*645/3cm3 = 0,000517* 0,287* T2

T2= 1248,8 K

Ahora para hallar la temperatura máxima del ciclo se encontrará la temperatura de flama adiabática para la gasolina, asumiendo combustión estequiométrica.

C8H18 + 12,5(O2 + 3,76N2)   8CO2 + 9H2O + 47N2

Hr = -249,91 kJ/kmol

Hp

Entonces en el cálculo de la temperatura de flama se tiene:

T = 2000 K   Hp = -1300,19 kJ/kmol

                                D = -1050,28 kJ/kmol

T = 3000 K   Hp = 1394,12 kJ/kmol

                                D =  1644,03 kJ/kmol

Si asumimos una dependencia lineal entre la temperatura y la diferencia entre las entalpías de rectantes y productos, podemos hallar la temperatura de flama adiabática:

Tf = 2398,8 K

Ya con todos estos cálculos previos realizados, podemos determinar el calor suministrado a la mezcla en todo el motor, dado que el motor posee seis cámaras trabajando simultáneamente:

La potencia útil obtenida es:

De aquí se desprende que el calor disipado es:

iv. Eficiencia energética:

La eficiencia térmica se define como la potencia obtenida dividida por el calor total suministrado, entonces:

v. Eficiencia exergética:

 La eficiencia energética se define en base a las corrientes de exergía que acompañan a las transmisiones energéticas.

La exergía del trabajo técnico:

La exergía que acompaña al calor suministrado:

La exergía que acompaña al calor disipado:

Donde:

T4 = 570,3 se obtuvo como sigue:

Ahora el valor de flujo másico que necesitamos es el valor para todo el motor, es decir para la cilindrada completa, en consecuencia:

         Por lo tanto, la eficiencia exergética queda definida como:

vi. Emisiones ambientales:

Ya se mencionó anteriormente que el índice contaminante en motores rotativos puede ser muy bien controlado. A continuación se mostrarán argumentos que sustentan con exactitud el nivel de emisiones que presenta el modelo RX-8 de Mazda.

La economía de combustible se mejora en el motor rotatorio RENESIS, siendo ésta un 40% mejor en baja carga. Para cargas mayores este motor no necesita una mezcla aire-combustible más rica, por lo que se demuestra su menor consumo.

El motor rotatorio RENESIS satisface los estándares de emisiones del California LEV con menos de 19 gramos de monóxido de carbono, 22 gramos de hidrocarburos y 14 gramos de óxidos del nitrógeno.
Además el motor rotatorio RENESIS está configurado con un sistema mediante el cual puede reabsorber parte de los hidrocarburos no consumidos, pasando a la cámara siguiente en el proceso de admisión.

El cuadro abajo mostrado fue extraído de las especificaciones técnicas del vehículo presentadas en la página web del proveedor en España.

Consumo* (l/100km)     Urbano

                                Extraurbano

                                Combinado

14,9

8,1

10,6

Emisiones de CO2* (g/km)

267

Nivel de emisiones CE

EC Stage IV

*Valores de consumo y emisión de co2 conforme a 80/1268 EWG (1999/100/EC)

vii. Precio y costos:

Tenemos ya definido el consumo de combustible (en L) por cada 100 km recorridos para un vehículo con el motor RENESIS, basándonos en el precio local del combustible se podría estimar los gastos en combustible para este vehículo.

El precio de venta de la gasolina 95 octanos en grifos (en promedio) en Lima, precio consultado en la página web de Osinerg es de s/.16.46 el galón.

Costo de combustible:

                  (10,6 L/100km)*(1 galón/ 3.7854 L)*(16,46 soles/galón) = s/. 0,46 por km

El precio del vehículo Mazda RX-8 Sport en el mercado americano es de $27,030 sin incluir impuestos. Este posee un motor Wankel de dos rotores.

MOTOR STIRLING

A.      INTRODUCCIÓN

El primer motor Stirling fue creado en el año 1816 por el reverendo Robert Stirling debido a que la única opción de la época para generar potencia (las máquinas de vapor) tenían muchas desventajas como el gran ruido que producían y la alta peligrosidad de su manejo por la explosiones frecuentes que se producían por exceso de presión en las paredes de las calderas.

El principio del motor Stirling es generar el movimiento de un pistón en un cilindro a través de un gas contenido en el interior que cambia su volumen cíclicamente. El cambio de volumen es posible debido a que existen dos zonas de transferencia de calor en el cilindro, una caliente y una fría: en la zona caliente se aumenta el volumen de la sustancia provocando que esta fluya hacia la zona fría y produciendo el primer movimiento del pistón hacia la zona caliente; una vez en la zona fría el volumen del gas comienza a descender y la presión también disminuye " jalando" al pistón y regresándolo hacia la zona fría mientras que por ese movimiento el fluido es desplazado hacia la zona caliente nuevamente cerrando el ciclo. 

En la actualidad los motores Stirling han sido objeto frecuente de investigación por lo que podemos encontrar muchos diseños y muy ingeniosos de este principio. Entre los más conocidos tenemos a los siguientes

·         Motor de pistón simple libre: Es el modelo clásico de motor, con un pistón y un desplazador de gas.

·         Motor de cilindro libre: En este tipo de motor el cilindro también se mueve y esto es en reacción al movimiento del pistón (por el flujo del gas) que esta dentro de este.

·         Motor alternador de pistón libre: En este tipo de motor el pistón no está conectado aun eje giratorio sino que transmite la potencia a generadores lineales. Son factibles de usarse en compresores, bombas o generadores eléctricos. 

·         Motores Stirling alfa y gamma: Variaciones del  motor original que utilizan dos cilindros en vez de uno para realizar el ciclo. El motor alfa utiliza 2 pistones con bielas unidas en el mismo punto y girando alrededor de un disco, que a su vez esta unid al eje transmisor de potencia. Mientras que el motor gamma utiliza 2 discos para unir individualmente las bielas al eje principal que sincroniza sus movimientos para realizar adecuadamente el ciclo.

B.      PRINCIPIOS TERMODINÁMICOS DE FUNCIONAMIENTO

i.            Procesos involucrados

Bajo ciertas condiciones de idealización el ciclo stirling se puede modelar en los siguientes procesos:

·         Compresión a temperatura constante (El pistón en la zona fría comprime la sustancia)

·         Aumento de presión a volumen constante en la zona caliente (Punto muerto inferior del pistón)

·         Expansión isotérmica (El pistón en la zona caliente baja y baja la presión en la sustancia)

·         Disminución de presión a volumen constante en la zona fría (Punto muerto superior)

El modelo de ciclo teórico stirling esta sujeto a  la  utilización de un regenerador que absorbe o cede calor según sea el caso, mejorando el rendimiento del ciclo.

ii.            Análisis energético

El ciclo stirling teórico sólo desarrollará trabajo en los procesos isotérmicos. Sin embargo, viendo más detenidamente en un diagrama T-s el mismo ciclo podemos darnos cuenta que el calor se transfiere en los cuatro procesos, según el diagrama. Es aquí donde el regenerador es útil ya que este absorberá el calor que ingresa en el proceso 4-1 y lo entregará en el proceso 2-3 logrando una eficiencia comparada a la de Carnot en teoría.

Calor entregado o absorbido por el regenerador en los procesos isócoros:

Q = m Δh

η = 1 - (Qs / Qe)

iii.            Análisis exergético

Observaremos la variación de exergía en los procesos que involucran la transferencia de calor efectiva (procesos isotérmicos).

La variación de exergía en un proceso viene dada por la ecuación:

Aquí se puede observar todos los elementos involucrados en los procesos que analizaremos, la variación de exergía, la transferencia de exergía en el proceso (por transferencia de calor y por trabajo desarrollado) y la destrucción de exergía debido a irreversibilidades.

Teóricamente este ciclo alcanzará la eficiencia de Carnot lo cual querrá decir que estará libre de irreversibilidad en ese caso así que:  

Como ya se explico los procesos isócoros se han dejado de lado ya que bajo las condiciones mencionadas antes no es necesario y ahora es posible verlo.

No hay trabajo en estos ciclos y además los otros términos serán iguales y de signos contrarios por lo que en balance la suma de variación de exergía en estos procesos es cero.

En cuanto a los procesos isotermos se explicará mejor los resultados obtenidos cuando se toque un caso explícito de ciclo stirling.

La eficiencia del ciclo stirling estará dada por la siguiente ecuación:

iv.            Irreversibilidades

Para poder modelar un motor stirling al ciclo correspondiente necesitamos introducir las irreversibilidades del sistema a nuestros cálculos. Las irreversibilidades más frecuentes son las siguientes: Regeneración incompleta en los procesos isócoros (los regeneradores usados en estos motores no restituyen  ni absorben el total del calor por lo cual en estos procesos se deberá considerar las transferencias de calor. Volúmenes distintos a los teóricos ya que el regenerador ocupa cierto volumen y dentro de él habrá una cantidad de gas por lo que los volúmenes del ciclo real son menores reduciendo la eficiencia. Los procesos en realidad no son isotérmicos pues la temperatura es difícil de mantener durante la operación.

C.      ASPECTOS TECNOLÓGICOS

i.            Esquemas técnicos y descripción del equipo

·         Etapa 1: El gas cede calor a la zona fría externa desde el punto muerto inferior.

 

 

 

·         Etapa 2: El volumen se mantiene constante y la temperatura sube por absorción de calor en el regenerador.

 

 

·         Etapa 3: Se absorbe calor a temperatura constante mientras el gas se expande en la zona caliente del pistón llevándolo a su punto muerto superior.

 

·         Etapa 4: Por último, manteniendo su volumen, el gas cede calor al pasar por el regenerador hacia la zona fría.

 

 

ii.            Descripción de elementos principales

·         Pistón: Elemento que realiza que produce el trabajo del ciclo.

·         Cilindro: Límite del sistema que aloja a los componentes del motor.

·         Regenerador: Es el elemento que se encarga de absorber o ceder el calor en los procesos indicados, como se puede ver su uso beneficio en gran medida la eficiencia.

·         Transportador de gas: Es el que obliga al gas a pasar por el regenerador, cuando el volumen aumenta por el calor el desplazador empuja el pistón hasta la carrera máxima y luego regresa llevando el gas hacia la zona fría. Cuando la presión en la zona fría ah caído demasiado el desplazador se acerca al pistón empujando al gas de la zona fría a la caliente.

·         Fuentes térmicas (externas): Son las que realizan las transferencias de calor en los procesos isotérmicos.

D.      ASPECTOS AMBIENTALES

Impacto ambiental del equipo

Los motores Stirling, a diferencia de los motores de combustión interna, tienen su gran ventaja en este aspecto pues la contaminación que producen es muy reducida, en el caso de que las fuentes térmicas sean de la quema de algún combustible, y algunos casos es nula, en caso de que se usen fuentes de calor con energía renovable como concentradores parabólicos de luz solar o paneles solares.

En cuanto a la contaminación sonora que pueden producir son muy ventajosos porque a diferencia de los motores de combustión interna no producen casi ruidos ni vibraciones que alteren el entorno en que trabaja.

Para la determinación del impacto ambiental de un motor Stirling se deberá tomar en cuenta la forma en que se logrará ceder calor (para combustión, controlar la emisión de gases y para energía renovable, el espacio necesario para obtener suficiente calor), el medio en el que se instalará la máquina (que tan viable es la instalación de equipos y de que tamaño es posible realizarla) y los ruidos que produce la máquina.            

Por último, otra ventaja que tiene este motor es su larga duración debido a que en los últimos años los avances en diseño y construcción han permitido mejorar el funcionamiento llegando a rendir cerca de 100000 horas en motores experimentales.

E.      DESCRIPCIÓN TERMODINÁMICA Y TECNOLÓGICA DE UN CASO ESPECÍFICO

i.            Parámetros de operación

·         Gas ideal : Helio

·         Vol. máx.   0,004 m3/ Kg.

·         Vol. mín.  0.002 m3 / Kg.

·         T. máx.  750K   ;   T. mín.  290K

ii.            Balance de masa

En un ciclo stirling no hay flujo de masa por lo que un balance de masa estaría de más

iii.            Balance de energía

Un balance de energía nos mostraría los siguientes resultados:

W12 = P * v * ln(v2/v1) = R*Tf * ln(v2/v1)= 2.077*290*ln(0.5) = -417.5 kJ / kg 

W34 = 2.077*750*ln(2) = 1079.7 kJ / kg 

ΔW = 662.2 kJ / kg

Los calores transferidos estarán dados por la primera ley de la termodinámica:

Q = ΔE - W

En nuestro caso se pueden despreciar los efectos de la energía mecánica en los procesos por lo cual la obtención de calor queda definida por el trabajo y la variación de entalpía

Q12 = Δh - W

Así que encontraremos los valores de las propiedades termodinámicas en cada estado:

P (kPa)

v (m3/kg)

T

h

1

150.58

0.004

290

1505.7

2

301.16

0.002

290

1505.7

3

778.87

0.002

750

3894

4

389.43

0.004

750

3894

En los ciclos isotermos la variación de entalpía es cero ya que h=Cp ΔT. Así que todo el calor que ingresa o sale es igual al y trabajo producido o entregado. 

Q = - W

Q12 = 417.5 kJ/kg

Q34= - 1079.7 kJ/kg

Y la variación de entropía para cada caso será:

Δ S12= Cp*ln (T2/T1) + R*ln(v2/v1) = -1.47 kJ/kg

Δ S23= 4.93 kJ/kg

iv.            Eficiencia energética

La eficiencia energética está dada por la fórmula ya mencionada:

η = ΔW / Q34 = (Q34 - Q12) / Q34 = 1- (Q12 / Q34)

η = 1- (417.5 / 1079.7)

η = 0.613

v.            Eficiencia exergética

Variación de la exergía en los procesos isotérmicos del ciclo Stirling:

Δa = Σ(1- (TO/Ti))Q + po (ΔV) - W

Δa34 = (1- (298/750))*(1079.7) + 100(0.002) - 1079.7

Δa34 = -428.8 kJ/kg

Δa12 = -408.75 kJ/kg

La eficiencia exergética del ciclo estará dada por la ecuación (Tomamos como parámetros de ambiente T0 = 298K, P0 = 1 bar):

ε = (η * (1- To / Tf)) / (1- To / Tc)

Los procesos en los que se transfiere calor son isotérmicos (Tc = Tf), por lo tanto la eficiencia energética es máxima: todo el potencial de trabajo que pueda realizar el calor entregado se transforma en trabajo.

ε = η

En la realidad debemos tomar en cuenta las irreversibilidades del ciclo que ya han sido comentadas, y obtendremos una eficiencia energética menor.

vi.            Emisiones ambientales

En cuanto a las emisiones ya se ha especificado que los motores stirling sólo producen emisiones en el caso de que se use algún combustible para obtener la fuente de calor por lo cual las emisiones de gases son tolerables, o bien se podría usar energía renovable con lo cual este motor no produce ninguna emisión de gases nocivos.

vii.            Precio y costos

Los motores Stirling se han desarrollado en una amplia gama de precios por lo cual podemos encontrar desde los caseros que sirven solo para demostraciones de funcionamiento que pueden ser construidos con materiales de casa como varas de madera, latas de acero, eje y discos caseros. Costo aproximado: $20 Potencias fraccionarias.

Por otro lado, en países europeos ya se desarrollan grandes motores de este tipo para suplir algunas necesidades de energía, estos pueden llegar a suministrar hasta 400 KW-h y los costos están entre los 2000 y 50000 dólares por kW.

MOTOR A HIDRÓGENO

A.      INTRODUCCIÓN

Todos nosotros somos concientes que el combustible actual que mueve el planeta es el petróleo además este combustible no es eterno, es por ello que se debe de estar agotando en aproximadamente 50 años, siendo este un combustible muy contaminante, cuyos residuos afectan a la atmósfera y a la vida en la tierra en general; pero el problema no es el problema ambiental sino también un problema económico ya que su precio va aumentando año tras año. Las razones descritas anteriormente son las que obligan a buscar otras alternativas energéticas, las cuales sean más económicas y además no hagan daño o en todo caso no hagan mucho daño a nuestro planeta, y en la búsqueda de estas nuevas fuentes de energía se ha encontrado una muy interesante como es el hidrógeno, un gas liviano el cual se encuentra en grandes cantidades en nuestro planeta y se presume que sería el que reemplace al petróleo y a los combustibles fósiles en general, es por ello que se vienen desarrollando muchas tecnologías con tal de empezar a emplear al hidrógeno como combustible en general, habiendo muchas alegrías y tristezas en todo este proceso, pero día a día se vienen mejorando las tecnologías con lo que se presume que en unos 20 años ya se tendrán autos con motores de hidrógeno por todo el planeta.  

B.      PRINCIPIOS TERMODINÁMICOS DE FUNCIONAMIENTO

i.            Procesos involucrados

En primer lugar tenemos que tener la obtención de hidrógeno, la cual puede hacerse de diversas maneras siendo la más usada, hoy en día, a partir del Metano u otros combustibles fósiles (alrededor del 95%), siendo un inconveniente la producción del CO2  o del CO, como se muestra  en las siguientes reacciones:

CH4 + H2O => CO + 3H2

CO + H2O => CO2 + H2

Otra manera de obtenerlo es a partir de la hidrólisis, es decir al pasarle corriente eléctrica siguiendo la siguiente reacción:

H2O + energía =>H2 + O2

Es por ello que lo que se presume hacer es obtener el hidrógeno a partir de hidrólisis para evitar la emisión de CO2.

Para conocer que los otros procesos que están involucrados dentro de los motores de hidrógeno, hay que tener en cuenta que existen tres tipos de motores que utilizan al hidrógeno como fuente de energía es así que el hidrógeno es empleado en motor Wankel, motor de cuatro tiempos (ciclo Otto) y en un motor eléctrico el cual es accionado por la corriente eléctrica generada en una celda de combustible de hidrógeno. Conociendo ello, los procesos realizados dentro de cada tipo de motor sería:

Motor Wankel: Este tipo de motor sigue el mismo proceso que en un motor convencional, solo que ahora emplea hidrógeno, y ello permite que este motor de mejores resultados que antes ya que no suele dar problemas con el autoencendido además que la cámara de combustión es adecuada para la combustión de hidrógeno.

Motor Wankel

Motor de cuatro tiempos (ciclo Otto): En el caso de este motor el ciclo que se realiza es el mismo que en un motor convencional que emplea gasolina, lo único que varía es que ahora el combustible es el hidrógeno es decir está formado por una compresión adiabática, un aumento de presión isocórica, una expansión adiabática y una disminución de presión isocórica.

                                  

ii.            Análisis Energético

En este punto y en el siguiente solo vamos a analizar el caso del motor de cuatro tiempos ya que el análisis del motor Wankel y de las celdas de combustibles ha sido realizado o serán realizados.

Como el ciclo realizado por el hidrógeno es similar al ciclo Otto que sigue la gasolina, entonces se tendría lo siguiente:

Trabajo realizado:

Wtotal  = W12  + W34 = (P1V1 + P2V2 -  P3V3 - P4V4)/(1-k)  

Qentregado  = Cv*(T3 - T2) 

Qsale  = Cv*(T1 - T4)

A partir de aquí podemos hallar la eficiencia energética:

n = Wtotal / Qentregado

Estos valores que se obtienen pueden variar ya que dependen como se emplee el combustible, puesto que el hidrógeno puede entrar al cilindro a temperatura ambiente o en todo caso criogénica (-253ºC).

iii.            Análisis Exergético

En este caso se tendría el siguiente esquema:

Entonces, si consideramos al aire como un gas ideal, se tendría lo siguiente:

Eentra = 0.5*V22+(h2 - h0) - T0*(S2 - S0) + (1-T0/T3)*Qentra

Esale  = 0.5*V42+(h4 - h0) - T0*(S4 - S0)+ Wtotal

Ahora, el rendimiento energético sería:

nex = Esale / Eentra

iv.            Irreversibilidades

Sabiendo que se encuentran tres tipos de motores de hidrógeno, la primera reversibilidad y que existe dentro de todo proceso es la pérdida de energía por la fricción además también la pérdida de energía por parte del mismo proceso mecánico que se genera al combustionar el hidrógeno (en el caso que sea motor Wankel o de cuatro tiempos), y en el caso del motor que funciona con celdas de combustible se perdería en la zona del motor eléctrico por parte de los campos magnéticos y eléctricos los cuales son empleados para hacer mover el eje.

C.      ASPECTOS TECNOLÓGICOS

El primer aspecto tecnológico que hay que tomar en cuenta es la obtención de hidrógeno y como ya se mencionó antes, el 95% del hidrógeno obtenido es a partir de los hidrocarburos como el metano, siendo las emisiones de CO2 un problema  es por ello que se están desarrollando nano-cristales para que de ese modo se pueda aprovechar eficientemente la energía solar.

Los tanques de almacenamiento del hidrógeno tiene que ser especiales, ya que hay que mantener de la mejor manera el combustible para que se encuentre en las condiciones óptimas para ser empleado, es por ello que existen tres maneras para almacenar el hidrógeno, los cuales son: tanques criogénicos y hidruros metálicos.

ü       Los tanques criogénicos son los que dan mejores resultados, aquí el hidrógeno se mantiene a 253 ºC bajo cero de esa manera mantendremos el combustible en estado líquido, para que de esa manera se tenga casi la misma cantidad como si se tuviera gasolina en vez de hidrógeno, pero ello implica que hay que tener una buena calidad de aislamiento por ella se emplea fibra de vidrio con láminas de aluminio 

ü       Los hidruros metálicos son empleados por que son metales que tienen una elevada afinidad a formar compuestos con el hidrógeno siendo los enlaces que los unen débiles y por tanto fáciles de romper. El principal problema de esta tecnología es su elevado peso del tanque y eso surge al emplear aleaciones de hierro y titanio, pero parece ser solucionado al emplear aleaciones de magnesio y níquel.

i.            Descripción del equipo

En un carro con celda de combustible, podemos ver los siguientes esquemas:

 Para el caso de un motor a hidrógeno podemos observar como es el recorrido para llegar al producto final, que es la potencia mecánica en el eje, empezando por la generación de energía en la celda de combustible para que luego pase a ser almacenada en la batería o en todo caso pase directamente al motor eléctrico el cual se encargará de generar la potencia en el eje que se deseaba.

En el caso el caso de un motor Wankel, es idéntico al de los automóviles que poseen dichos motores.

Para el caso del motor de cuatro tiempos es similar al ciclo que sigue un motor que funciona con gasolina, es decir posee bujías, pistones, cilindros, cigüeñal, válvulas y biela.

Motor de cuatro tiempos, diseñado por BMV, que emplea hidrógeno.

ii.            Descripción de los elementos principales

Para este caso, los elementos a describir serán los relacionados con el motor de cuatro tiempos ya que el motor Wankel y el de celdas de combustibles van a ser descritos o ya fueron descritos.

En el caso de un motor de cuatro tiempos podemos encontrar lo siguiente:

ü       Cilindro: Es el lugar donde se va a llevar a cabo la combustión, es ahí donde se mezclará el aire con el combustible y se dará la explosión.

ü       Pistón: Es el elemento que se desplaza dentro del cilindro.

ü       Biela: Es el elemento que se encarga de transmitir el movimiento del pistón hasta el cigüeñal.

ü       Cigüeñal: Es el elemento, que junto a la biela y al pistón, se encarga de transformar el movimiento rectilíneo en circunferencial.

ü       Bujía: Se encarga de proporcionar la energía necesaria, en forma de chispa eléctrica, para que empiece la combustión.

ü       Válvulas: Son las que permiten la entrada del combustible y aire para la combustión, además que permiten la salida de los residuos de la misma.

D.      ASPECTOS AMBIENTALES

i.            Impacto ambiental de equipo

Debido a que la emisión de contaminantes es prácticamente nula y teniendo en cuenta que se estaría emitiendo agua en forma de vapor al ambiente, esto contribuiría a mejorar la calidad del aire ya que no se estaría emitiendo los gases tradicionales que causan efectos negativos sobre la tierra como son los NOx, SOx, CO, CO2 entre otros, ayudando de esa manera a mejorar la calidad de vida de los seres vivientes, disminuyendo de esa manera el número de personas con enfermedades respiratorias y en todo el planeta se disminuiría el efecto invernadero, causado por el CO2, y la lluvia ácida.

Ciclo que sigue el hidrógeno en un motor

ii.            Análisis del ciclo de vida

Con respecto al ciclo de vida de un motor de hidrógeno, aun no se han hecho estudios minuciosos pero se presume que durarían mucho más que un motor diesel o uno de gasolina.

E.      DESCRIPCIÓN TERMODINÁMICA Y TECNOLOGÍA DE UN CASO ESPECÍFICO

i.            Parámetros de operación

Se analizará el caso del BMW Hydrogen 7 que fue lanzado en marzo de este año, el cual presenta las siguientes características:

BMW Hydrogen 7

Dimensiones

 

Alto

1.48m

Largo

5.17m

Ancho

1.9m

Mecánica

 

Combustible

gasolina e hidrógeno

Cilindrada

5.792cc.

Potencia

260hp.

Cambios

automático de 6 marchas

Prestaciones

 

De 0 a 100km.

9.5seg.

Consumo de gasolina

13.3litros/100Km.

Consumo de hidrógeno

13.9litros/100km.

Autonomía total

640km.

Autonomía con hidrógeno

200km.

ii.            Balance de masa

La reacción que se lleva a cabo dentro del motor de cuatro tiempos es la siguiente:

2H2 + [O2 +3.76N2]                          2H2O +3.76N2

                      4    137.28                           36    105.28   [Kg/Kmol]

iii.            Balance de energía.

De los datos del BMW Hydrogen 7, se sabe que la cilindrada es 5,972cc., y posee 12 cilindros, de los cual cada cilindro posee un volumen de  0.498cc. y considerando la densidad del aire, a 25ºC, igual a 1.184kg/m3, entonces si consideramos que el ingreso se realiza a 100kPa, 25ºC y con la densidad anteriormente y con una relación de compresión de 20, entonces se tendría:

Nota: Lo que se encuentra en negrita son datos asumidos.

iv.            Eficiencia energética

Calculando el trabajo desarrollado por el ciclo:

Wtotal = W12  + W34 = (P2V2 - P1V1  - P3V3 + P4V4)/(1-k), reemplazando se tiene

Wtotal = 549kJ/kg.

Qentregado  = Cv*(T3 - T2)  = 787KJ/kg.

Entonces, el rendimiento es: n= Wtotal / Qentregado = 69%.

v.            Eficiencia exergética

Siguiendo el siguiente esquema:

Sabemos que se cumple la siguiente relación:

Eentra = 0.5*V22+(h2 - h0) - T0*(S2 - S0) + (1-T0/T3)*Qentra

Esale  = 0.5*V42+(h4 - h0) - T0*(S4 - S0)+ Wtotal

Ahora, reemplazando datos, se tiene:

Eentra = 871kJ/kg

Esale  = 839kJ/kg

Entonces, el rendimiento energético: nex= Esale/ Eentra = 96%

Como se puede apreciar en los cálculos realizados los rendimientos tanto energético y exergético son elevados, y esto es debido a la elevada relación de compresión que haber en el hidrógeno y además por que se están despreciando muchos efectos, es por ello que en la realidad el motor de hidrógeno se ha conseguido que el rendimiento aumente entre un 25 a 30% con respecto a los motores equivalentes de gasolina.

vi.            Emisiones ambientales

Para este caso, como sabemos que posee un sistema dual, en el caso de la gasolina ya sabemos que lo q emitiría, en teoría, solo es CO2, N2 y O2, pero como se sabe que siempre ocurren anormalidades siempre botan algunos productos como CO, hidrocarburos no quemados, SOx, NOx entre otros, en el caso de los autos BMW como posee autos de elevada eficiencia, estos productos son lo menos posible.

En el caso que se empiece a utilizar el motor de hidrógeno, se tendría la siguiente reacción.

2H2 + [O2 +3.76N2]                          2H2O +3.76N2 +Energía

Siendo agua, hidrógeno y energía lo único que se liberaría, evitándose de esa manera las emisiones de sulfuros, hidrocarburos no quemados, ozono, entre otros contaminantes; pero lo que no se podría evitar serían los NOx debido a la alta temperatura de combustión de hidrógeno, aunque esta cantidad es pequeña en comparación a la de los motores actuales.

En el caso del Hydrogen 7 cuando funciona con gasolina con gasolina la emisión de CO2  es 332g/km., y cuando emplea hidrógeno es 5g/km.

vii.            Precios y costos

Los costos para estos tipos de motores son aun elevados, debido a que la producción de todos los elementos empleados no es en serie, por tanto eso hace elevar el costo de un vehículo que emplea el hidrógeno como combustible. Por ejemplo, la marca BMW lanzó un modelo de automóvil que emplea hidrógeno, el BMW Hydrogen 7, que ya se mencionó anteriormente, se basa en un motor de cuatro tiempos, el cual tiene un precio de $118,900. Además hay que tener en cuenta que el litro de hidrógeno cuesta $0.73 y para recorrer 100 kilómetros con una velocidad confortable se gasta $38.

BMW Hydrogen 7

CELDAS DE COMBUSTIBLE

A.      INTRODUCCIÓN

Una celda de combustible es un dispositivo en el cual se convierte la energía química directamente en energía eléctrica, obteniendo en muchas de ellas agua como residuo.

El mecanismo para la generación de energía es hacer que la transferencia de electrones entre los reactivos (para el proceso redox) pase por un conductor.

Las celdas de combustible funcionan como transformadores de la energía química (no se almacena energía como es el caso de las baterías). Por lo tanto, para la generación de la energía eléctrica necesitan siempre ser provistos  de combustible y comburente. La potencia generada por el sistema dependerá de la cantidad de celdas o el tamaño de las celdas y la capacidad del depósito que contiene al combustible.

La primera celda de combustible fue construida en 1839 por Sir William Grove. Sin embargo, las prestaciones de la pila eran limitadas y no fue hasta el año 1952 cuando se logro un verdadero avance: Francis Bacon presentó una pila que otorgaba 5kW.  No obstante, la gran utilidad de las celdas de combustible  llegó a comienzos de los años 60"s cuando se desarrollaron para el programa espacial de los Estados Unidos debido a su seguridad y confiabilidad. Los reactivos de la celda utilizada eran hidrogeno y oxigeno y el producto era agua. Fueron estas celdas las que proporcionaron electricidad y agua a la nave espacial Apolo.

Actualmente la compañía United Technologies Company  (UTC) ha desarrollado vehículos de transporte cuya fuente de energía son las celdas de combustible, alcanzando de esta manera el objetivo de producir vehículos de cero emisiones.

A esto se suman compañías prestigiosas de automóviles tales como Honda, General Motors y Toyota que se encuentran desarrollando modelos  propulsados por celdas de combustible.

B.      PRINCIPIOS TERMODINÁMICOS DE FUNCIONAMIENTO

  i.            Procesos involucrados

El proceso en una celda de combustible de hidrogeno es un proceso redox: oxidación y reducción.

En el ánodo el combustible, H2, se oxida (pierde electrones) y en el cátodo el oxidante, O2, se reduce (gana electrones).

ii.            Análisis energético

El rendimiento de las celdas de combustible de hidrógeno no esta limitada por el ciclo Carnot. Sin embargo, la eficiencia esta limitada por la aplicación de la segunda ley de la termodinámica.  En condiciones estándar y reversibles la oxidación del combustible se desarrolla obteniendo el máximo trabajo.

              (1)

Donde:

 

P: productos

            R: reactantes

El rendimiento ideal que puede alcanzarse en una pila de combustible es

                    (2)

Se ve entonces que el trabajo obtenido se encuentra limitado por el cambio de entropía y la temperatura del proceso, es decir el término .

Por otro lado hay factores que limitan esta eficiencia, los cuales  son la temperatura y presión. Si bien ambos incrementan el rendimiento de la celda al aumentar su valor también causan problemas tecnológicos tales como degradación en el electrolito, corrosión en el ánodo, resistencia de los materiales y fugas .Todos estos parámetros deben considerarse para diseñar una celda.

iii.            Análisis exergético

La Energía química es una forma de energía parcialmente transformable en energía útil. Observando la ecuación 1 el trabajo obtenido es el máximo disponible de la energía química y así se tendría una eficiencia exergética de 100%. Sin embargo, hay una serie de fenómenos  que tienden a disminuir esta eficiencia, mas propiamente el voltaje de la celda y por ende la potencia de salida.

Si bien no vamos a considerar los efectos de los fenómenos para los cálculos cabe mencionar de qué tratan.

La polarización por activación.- este fenómeno se produce cuando el índice de reacción electroquímica en la superficie del electrodo esta controlado por la cinética de este. Influye en la caída de voltaje de la celda.

La polarización óhmica.- caídas de voltaje debido a la resistencia de los electrodos y el electrolito. Al ser materiales óhmicos el descenso de voltaje es proporcional a la corriente.

iv.            Irreversibilidades

El proceso es irreversible porque hay un calor otorgado a los alrededores que no se puede recuperar. Otro factor a considerar es la irreversibilidad del proceso, es decir, el producto espontáneamente no puede volver a formar los reactantes; por ejemplo el agua espontáneamente no va formar hidrógeno y oxígeno.

C.      ASPECTOS TECNOLÓGICOS

  i.            Esquema técnico general

Esquema del PEMFC (celda de combustible con membrana intercambiador de protón)

Hidrógeno, color rojo, y Oxígeno, color azul, antes de entrar al ánodo y cátodo, respectivamente.

Ionización del Hidrogeno y liberación del electrón.

Uso de la corriente

ii.            Descripción del equipo

El dispositivo cuenta con dos electrodos (ánodo y cátodo) en el ánodo se inyecta el combustible, hidrógeno, y en el cátodo se introduce el agente oxidante, oxígeno.

Los reactivos una vez inyectados se encuentran con los electrodos, en estas superficies se encuentran con los catalizadores y se ionizan. El hidrógeno cede electrones al electrodo (ánodo); estos son transportados por un conductor (energía eléctrica)  al otro electrodo (cátodo). Aquí el oxigeno gana electrones y se reduce.

En simultáneo, los cationes H+ también son conducidos hacia el cátodo pero lo hacen a través de un electrolito (membrana intercambiador de electrón). De esta manera se cierra el circuito.

Se transforma entonces la energía química, almacenada en el enlace H-H de la molécula H2, en energía eléctrica y se consigue como residuo vapor de agua.

De forma genérica esto lo que ocurre en la pila de combustible.

iii.            Descripción de elementos principales

Ánodo.- lugar por donde ingresa al equipo hidrógeno gaseoso. Aquí el hidrógeno se oxida, es decir, pierde electrones.

La semirreación es la siguiente

Cátodo.- lugar  por donde ingresa al equipo oxígeno gaseoso. Aquí el oxigeno se reduce, es decir, gana electrones.

La semirreación es la siguiente

Electrolito.- es aquel que permite el transporte de los  cationes del ánodo hacia el cátodo. De esta manera se cierra el circuito de electrones ininterrumpidamente, siempre y cuando el cátodo y el ánodo sean abastecidos de reactivos. Como electrolito solo pueden emplearse conductores iónicos tales como bases, ácidos y sales.

En automóviles se hace uso de la PEM, membrana intercambiador de protón, la cual esta hecha de un polímero ácido orgánico poli-perflourosulfónico, que tiene la ventaja de reducir la corrosión. La membrana esta cubierta en ambos lados por nanopartículas de aleación altamente dispersa (principalmente platino revestido sobre papel carbón) que funcionan como catalizadoras, el cual es un material especial que facilita la ionización del oxígeno y el hidrógeno. Por otro lado, la membrana se debe hidratar para funcionar y seguir siendo estable.

Electrodo.- son del tipo poroso de difusión gaseosa. Sus principales funciones son:

·         Suministrar una superficie donde se lleve a cabo la oxidación y reducción, permitir descomposición inicial de las moléculas en átomos antes de que se transfieran los electrones.

·         Permitir la interacción de las tres fases electrolito, el gas y catalizador.

·         Suministrar una barrera física que separe el gas y el electrolito.

Para que la reacción suceda en el poro del electrodo se debe alcanzar el equilibrio entre la capilaridad del electrolito y la presión del gas. En un poro ancho el gas pasa libre hacia el electrolito sin reaccionar y un poro demasiado estrecho se llena totalmente de electrolito por efecto de la presión capilar por tanto al gas no se le permite el paso y tampoco hay reacción.

Electrodo poroso con un poro en equilibrio, uno demasiado estrecho y otro demasiado ancho

Para lograr voltajes y corrientes óptimos para el funcionamiento de carros y en general en cualquier aplicación las celdas de combustible deben conectarse en serie y paralelo, respectivamente, tal como está representado en las siguientes figuras.

Conexión en serie

E: Electrolito

Conexión en paralelo

E: Electrolito

D.      ASPECTOS AMBIENTALES

        i.            Impacto ambiental del equipo

La celda combustible de hidrógeno esta totalmente libre de impacto ambiental debido a que el hidrogeno y el oxigeno son elementos cuya disponibilidad en el ambiente se podría considerar ilimitada, mientras que el primero se puede conseguir a partir  de hidrocarburos y agua  el segundo se hace a partir del aire.  Por otro lado el producto de esta celda es agua, la cual de ninguna manera resulta nociva para el ambiente.

Es necesario saber que si bien la celda de combustible no contamina el ambiente la obtención del hidrógeno sí ya que esto se logra mediante la oxidación de hidrocarburos.

      ii.            Análisis del ciclo de vida

El efecto que tiene el equipo sobre el ciclo de vida es que el agua producida se puede consumir.

E.      DESCRIPCIÓN TERMODINÁMICA Y TECNOLOGÍA DE UN CASO ESPECÍFICO

        i.            Parámetros de operación

Honda FCX 2006 V-FLOW

Numbers of Passengers

4

Motor

Máx. Output

95kW (129PS, 127 horsepower)

Máx. Torque

256N-m (26.1kg-m, 188.8 lb.-ft.)

Type

AC synchronous motor (Honda mfg)

Fuel Cell Stack

Type

PEMFC (proton exchange membrane fuel

cell, Honda Mfg.)

 

output

100kW

Fuel

Type

compressed hydrogen

Storage

High-pressure hydrogen tank  (350atm)

Tank capacity

171 liters (4.4 Kg. hydrogen)

Máx. speed

160km/h (100 mph)

Energy storage

Lithium Ion Battery

Vehicle Range

570 Km.

Para los cálculos siguientes vamos  suponer que el auto recorrió 570km a 160km/h de velocidad, demorándose 3 horas y media.

      ii.            Balance de masa

Debido a que el oxígeno se toma del aire en la reacción se incluye el nitrógeno

Relación molar

Relación de masa

Puesto que el automóvil ha recorrido 570km a su máxima velocidad asumimos que se ha consumido todo el hidrógeno disponible.

Masa de hidrogeno       

Masa de aire                                         

    iii.            Balance de energía

       Valores por cada kmol de hidrógeno

Valores de entalpía de formación (Hf), de la función de Gibbs de formación (Gf) y  de la entropía absoluta (S) para 25ºC y 1 atm.

Sustancia

Fórmula

Hf (kJ/kmol)

Gf (kJ/mol)

 S (kJ/kmol*K)

Hidrogeno

H2(g)

0

0

130,57

Oxigeno

O2(g)

0

0

205,04

Agua

H20(g)

-241820

-228590

188,72

Agua

H20(l)

-285830

-237180

69,95

= 13228,2 kJ

= -241820 kJ

=228592 kJ

Con estos datos se esperaría una eficiencia energética de 95% y eficiencia exergética de 100%. Sin embargo, la temperatura de trabajo para estas celdas es de aproximadamente 90 ºC y el hidrógeno se encuentra a una presión de 35MPa estas condiciones cambia sustancialmente la eficiencia energética y exergética.

     iv.            Eficiencia energética

Condiciones de trabajo: T =90ºC, Phidrógeno=35MPa, Paire=0,1MPa

ΔH = Δh*Mhidrógeno*4.4kg = 1.995*10^6 kJ.

Wsalida = 95kW*3.5h = 1.197*10^6 kJ. (95kW, máxima potencia de salida del FCX)

 =  60%

       v.            Eficiencia exergética

Wsalida= 1.197*10^6 kJ

Wideal= w* Mhidrógeno*4.4kg=1.49*10^6 kJ

     vi.            Emisiones ambientales

Solo Agua

Precio y costos

Es el mayor de los problemas, muchos de los componentes de una celda de combustible son costosos. Para los sistemas de PEMFC, los catalizadores de metal precioso (generalmente platino), las capas de la difusión del gas, y las placas bipolares hacen subir 70 %  del coste de un sistema. Para ser competitivo (comparado a los vehículos de motor con gasolina) los sistemas de celda de combustible deben costar $35 por kilovatio. Actualmente, el precio en grandes cantidades es $110 por el kilovatio. En detalle, los investigadores deben disminuir la cantidad de platino necesitado para actuar como catalizador o encontrar una alternativa.

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http://www.spiegel.de/international/spiegel/0,1518,448648,00.html

http://www.hydrogencarsnow.com/index.htm

 

 

Autor:


Prinhony

Perú

Octubre de 2007


Partes: 1, 2


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