ALUMNO: ARELLANO CEBALLOS DENÍ CONCEPCIÓN

MATRÍCULA: 201423465

COLEGIO: INGENIERÍA INDUSTRIAL

MATERIA: DHTIC

HORARIO: 1:00 – 2:00PM

FECHA: 17 DE MARZO DE 2016

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BENEMÉRITA

UNIVERSIDAD

AUTÓNOMA DE PUEBLA

ContenidoResumen........................................................................................................................................3

INTRODUCCIÓN..............................................................................................................................4

Motores de hidrógeno en autos.............................................................................................5

¿Qué es un motor de hidrógeno?..................................................................................................5

¿Cómo funciona un motor de hidrógeno?.....................................................................................5

Partes de un motor de hidrógeno..................................................................................................6

Obtención del hidrogeno...............................................................................................................7

Problemas con el motor de hidrógeno...........................................................................................8

Ventajas y desventajas del motor de hidrógeno..........................................................................10

Funcionamiento de los motores de gasolina y diésel...................................................................11

Impacto de los motores de gasolina y diésel en el ambiente.......................................................11

Desventajas del motor de gasolina..............................................................................................12

¿Por qué utilizar motores de hidrógeno? (conclusión).................................................................12

Referencias...................................................................................................................................13

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Resumen El automóvil ha pasado por muchos cambios exteriores e interiores incluso en

partes del motor, combustibles y funcionamiento mecánico.

Actualmente el sistema más utilizado en los autos es el motor a diésel y gasolina

sin embargo en los últimos años la humanidad se ha preocupado y tomado una

pauta en el impacto ambiental, por lo que se han propuesto modelos sustentables

de varias cosas, entre ellas los coches impulsados a través del motor de

hidrógeno y aunque fue hecho pensando en no afectar el medio ambiente, existen

evidencia de que en la extracción de hidrógeno se genera un distinto tipo de

contaminación, la cuestión es ¿quién contamina menos?.

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INTRODUCCIÓNEl hidrógeno es un elemento ligero, básico y ubicuo en el universo y cuando se

utiliza como fuente de energía este se convierte en un combustible eterno y como

no contiene un solo átomo de carbono, no emite dióxido de carbono. El hidrógeno

se ubica a lo largo y ancho del planeta, en el agua, en los combustibles fósiles y

en los seres vivos. Pero inusualmente aparece en estado libre en la naturaleza

por eso debe ser extraído de fuentes naturales.

En las siguientes páginas se mostrará información sobre los motores de

hidrógeno, su funcionamiento pero sobre todo su impacto ambiental, sus ventajas

y desventajas comparándolo con el motor diésel, también se explicará el proceso

por el cual se obtiene el hidrógeno.

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Motores de hidrógeno en autos

¿Qué es un motor de hidrógeno?El hidrógeno posee mayor potencia en relación energía/ peso que cualquier otro

combustible, y también produce poca o nula contaminación, ya que sólo expulsa

vapor de agua en su combustión.

Debido a esto, varias personas consideran esta solución tecnológica eficaz

para los motoristas y conductores que se ven molestos por la crisis. El

perfeccionamiento de esta técnica supondrá el ahorro de miles y miles de

toneladas de combustible fósil, pero esto no es cuestión de suerte, sino que

necesitará muchísima inversión para conseguir la precisión y estabilidad

necesaria.

Reconocidos fabricantes están trabajando en modernos modelos que

involucran motor de hidrógeno (Honda FCX, BMW 745H, Nissan X-Trail FCV,

Toyota HighLander FCHV, Opel Zafira Hydrogen 3 o Mercedes Clase B Fuel Cell).

La mayoría de ellos siguen un patrón similar. El motor eléctrico colocado

debajo del capó, recibe la alimentación desde las células de combustible, que

generan electricidad al mezclarse con el hidrógeno que contiene el depósito de

combustible y el oxígeno del aire. Únicamente se genera como residuo de esta

reacción vapor de agua.

Una celda combustible es un generador que basa su funcionamiento en

procesos químicos para generar energía al combinar el hidrógeno más oxígeno.

La célula de combustible produce corriente eléctrica como una batería, pero

contrariamente a ésta, nunca se descarga mientras se disponga de combustible

en el depósito de hidrógeno. Una célula de combustible es silenciosa, limpia y

eficiente.

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¿Cómo funciona un motor de hidrógeno?El diseño del motor de hidrógeno es básicamente el mismo que el de un motor de

gasolina, es un motor que tiene pistones, válvulas y demás sistemas pero se

impulsa con hidrógeno.

Estos motores permiten aprovechar características especiales que presenta

el hidrógeno como combustible, y que es la alta velocidad de llama en flujo

laminar. Un elevado número de octanos efectivo, que no aporta ninguna toxicidad

y no llega a formar ozono.

Por lo tanto, con un correcto diseño se consigue un motor con un

rendimiento energético mayor que el equivalente en gasolina y totalmente

ecológico.

La elevada cantidad de octanos permite aumentar la relación de

compresión que redundará en un aumento del rendimiento energético, mientras

que la alta velocidad de llama en flujo laminar ayuda a la reducción de las

emisiones de NO, pues es posible emplear dosados muy bajos, tan bajos que han

llegado al 0,2. Gracias a esto es posible aumentar el rendimiento entre el 25 y el

30% con respecto a los motores equivalentes en gasolina

Pese a que es el primer elemento de la tabla periódica, obtener hidrógeno

y depositarlo en estado líquido conlleva una gran complejidad tecnológica. A esto

le sumamos la falta de estructura para el repostaje convencional del mismo, que a

pesar de ser similar a las estaciones de servicio habituales, su extensión en el

mapa de carreteras es sumamente limitada. Las llamadas hidro-gasolineras están

preparadas para alimentar solo dos clases de motores:

1. Los motores de hidrógeno de combustión interna

2. Los motores eléctricos con celdas de hidrogeno de combustible

Partes de un motor de hidrógenoLos motores de hidrógeno están compuesto de dos partes

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1. Una primera parte sería la formada por las células de combustible o pila

de combustible que hacen que se produzca electricidad a partir del hidrógeno,

2. La segunda parte es el motor eléctrico que genera el movimiento del

coche.

Las células de combustible o pilas de combustible, son el elemento

fundamental de un vehículo de hidrógeno, pues es el elemento de

almacenamiento y transporte de la energía limpia de estos motores que no emiten

ningún tipo de residuo ni gas contaminante. Funciona de manera similar a una

batería convencional.

Están conformadas por un cátodo y un ánodo, separadas por una

membrana central. Cuando el hidrógeno llega a la membrana se produce una

reacción química. Al producirse esta reacción química, el hidrógeno se divide en

dos, electrones cargados negativamente y iones de hidrógeno con carga positiva.

Es ahí cuando los iones positivos se desplazan por la membrana y los

electrones también, provocando una corriente eléctrica que hace que el motor se

mueva. Los iones de hidrógeno al combinarse con el oxígeno forman el agua

que sale por el tubo de escape.

Actualmente las pilas de combustible tienen una muy buena eficiencia

energética, siendo capaces de obtener 2 kw por litro o kg de combustible. Esto

se ha conseguido gracias a la conexión en de hasta 200 células simples en serie,

que son de 1 v. cada una, y que transforman las variaciones de presión en

variaciones de intensidad de corriente logrando que la potencia llegue al rotor.

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Obtención del hidrogeno El hidrógeno se encuentra junto a varias moléculas que actualmente se

encuentran en la naturaleza, pero le falta un proceso de extracción que incluye los

siguientes métodos:

1. Electrolisis. (Se define como un proceso en el que el paso de la corriente

eléctrica a través del agua o de un electrolito fundido, da como resultado

una reacción de oxidación o descomposición del líquido. Este puede

combinarse de manera fácil con las energías renovables y así producir

hidrógeno (H2) a partir de fuentes renovables.

2. Reformado. (El reformado con vapor es muy utilizado en el mundo para

generar hidrógeno a partir de hidrocarburos, los materiales de alimentación

se transforman endotérmicamente con vapor de agua en hidrógeno

mediante reactores tubulares catalíticos.)

3. Gasificación. (Se presenta como una opción en alza, pues emplea un

residuo para la transformación y no materia prima química como el

procedimiento clásico)

4. Ciclos termoquímicos. (Disociar la molécula de agua a través de energía

solar térmica para producir tiene un porcentaje de viabilidad del 65 y el

80%.)

5. Producción biológica (consiste en producir hidrógeno por procesos

metabólicos de bacterias o algas a partir de la luz solar y carbono)

Problemas con el motor de hidrógenoNada es fácil a la hora de acoplar los motores de hidrógeno bajo el capó de los

autos. Pese a ser el átomo más simple, el hidrógeno no abunda en la naturaleza

como elemento en individual, este debe fabricarse.

En los últimos años han surgido distintos métodos que permiten producir

hidrógeno de una manera eficiente, con un control mayor de las emisiones y a un

precio razonable y viable. Sin duda esto hace que el hidrógeno compita

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directamente con los combustibles fósiles que son más abundantes y adaptados

desde hace años a todos los vehículos.

Sin embargo los obstáculos no terminan ahí. La inexistente infraestructura

para producir hidrógeno, así como para el transporte y almacenamiento del

mismo, hace que la economía del hidrógeno aun esté flagelando frente grandes

empresas de explotación de combustibles fósiles.

Hablando del almacenamiento, el hidrógeno no daría problemas a la hora de ser

implantado en tanques especiales de las gasolineras. Pero sí puede dar

problemas en los vehículos, pues el espacio para su abastecimiento es mucho

más reducido. El uso de hidrógeno para impulsar los vehículos se enfrenta al

problema de la autonomía. Su baja densidad energética por unidad de volumen

genera que la falta de depósitos de combustible mucho más grandes que los

convencionales, siendo esto esencial para proporcionar la misma autonomía que

los vehículos de gasolina o diésel.

Para solucionar estos problemas, algunas compañías optaron por diseñar

depósitos de combustible con sistemas de presurizado o licuado. Las dos ideas

son buenas, aunque se tendría que cambiar todo el procedimiento de repostaje y

además solucionar problemas de seguridad.

Son muchos menos obstáculos los que podemos encontrar en cuanto a la

producción del hidrógeno, ya que son los mismos reactores nucleares los que

pueden aprovechar su calor para realizar la descomposición termoquímica del

agua. Siendo este es uno de los procesos de producción de hidrógeno más

limpios que existen además de que el precio asociado a la producción del

hidrógeno es muy bajo.

“El hidrógeno se produce masivamente a partir de combustibles fósiles

mediante el reformado del gas natural, un proceso que genera muchísimo CO2”

(Juan Carlos Guillermo Calleja)

Producir hidrógeno por medio de energías renovables sería tan costoso que

nadie querría un automóvil que trabaje con un combustible tan caro.

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Para Daniel Lacalle especialista en economía y energía, el empleo de

combustibles fósiles en la producción de hidrógeno no es un problema. “El impacto

positivo de estos vehículos es mucho mayor que el negativo, porque reduce la

demanda de petróleo y las emisiones” mencionó.

Aunque los coches con pila de hidrógeno también contaminan siguen

siendo mucho más limpios que los de diésel y gasolina. Si se utilizaran en las

grandes ciudades, las libraría de las grandes emisiones de CO2 que produce el

tráfico actual, un problema acuciante en grandes ciudades como Londres, Madrid

y París.

Si se popularizan estos combustibles existiría un gran beneficio para la

salud en la población, sin embargo Calleja asegura que el problema sólo sería

trasladado a otro lado del planeta. “La ciudad sería más limpia, pero el planeta no”

Aún mencionado lo anterior Lacalle defiende que, aunque la generación de

hidrógeno no sea la más limpia, “no tiene un impacto mayor que el petróleo”.

Además, se asegura que en el caso optimista de que coches como el Mirai tengan

una penetración del 1%, la producción mundial de hidrógeno no aumentaría más

de un 0,3%, porque actualmente ya existe una sobreproducción

Ventajas y desventajas del motor de hidrógeno VENTAJAS

El hidrógeno es un combustible extraído de un recurso muy abundante e

inagotable en el mundo (el agua)

La hacer combustión el hidrógeno con el aire resulta una combustión

limpia, evitando de esta manera la contaminación del medio ambiente.

Los residuos de la combustión son en su mayoría vapores de agua y estos

son productos no contaminantes.

Las razones por las que se considera limpia la combustión del son las siguientes:

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Los únicos productos de la combustión del hidrógeno con aire son el vapor

de agua y residuos insignificantes donde la máxima temperatura es

limitada. Algunos óxidos como esos de nitrógeno son creados a muy altas

temperaturas de combustión (2000 °C) pero afortunadamente la

temperatura de auto ignición del hidrógeno es únicamente de 585 °C

Una máquina de combustión interna que utiliza hidrógeno como

combustible puede ajustarse para que la emisión de NO sea 200 veces

menor que la de los vehículos existentes actualmente. Una manera práctica

para controlar la temperatura de combustión es inducir el agua a la mezcla

de hidrógeno y de aire. Con la inyección de agua, el escape de los

vehículos manejados con hidrógeno es simplemente vapor de agua que

regresa a la atmósfera sin contaminar el aire ni produciendo lluvia ácida

DESVENTAJAS

Como el hidrógeno no es un combustible primario entonces implica un

gasto para su obtención.

Requiere de sistemas de almacenamiento caros y que aún están poco

desarrollados en esas cuestiones

Genera un elevado gasto de energía en la licuefacción del hidrógeno.

El precio del hidrógeno puro es elevado

Funcionamiento de los motores de gasolina y diésel Los motores de combustión interna pueden ser de dos o de cuatro tiempos, siendo

los motores de gasolina (cuatro tiempos los más comúnmente utilizados en los

coches o automóviles) son utilizados también para muchas otras funciones en las

que se emplean como motor estacionario.

Los cuatro tiempos del motor a gasolina son: Admisión, compresión,

explosión y escape

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Impacto de los motores de gasolina y diésel en el ambiente

Los más de quinientos millones de automóviles que existen en la tierra consumen

un promedio de 2 galones de combustible por día y cada galón de combustible

produce 20 libras de dióxido de carbono al aire.

El impacto ambiental de los motores de combustión interna, está muy

relacionado con un problema social emergido por la utilización creciente del mismo

(la reducción de los niveles de emisión de sustancias tóxicas y de los llamados

gases de invernadero además la reducción de los niveles de ruido)

Como dato importante se sabe que un galón de aceite de auto puede contaminar

hasta dos millones de galones de agua así que deberíamos utilizar las vías

adecuadas para depositar el aceite de nuestros autos.

Desventajas del motor de gasolina Los motores de gasolina producen muchas más emisiones de dióxido de carbono

en comparación con los motores diésel y por supuesto los motores de hidrógeno.

Los motores de gasolina y otros motores que queman combustibles fósiles

también producen más gases de efecto invernadero, como gran ejemplo está el

óxido de nitrógeno, que los motores que utilizan fuentes alternativas de

combustible.

¿Por qué utilizar motores de hidrógeno? (conclusión)Después de valorar el funcionamiento y el impacto ambiental de los motores de

gasolina e hidrogeno sin duda me queda claro que aunque haya muchas cosas

por mejorar en el funcionamiento de los motores a hidrógeno su impacto es mucho

menor que el del motor actualmente utilizado y que con el tiempo la tecnología

para esta propuesta, será cada vez más refinada y menos dañina al ambiente.

Si se logra el perfeccionamiento de esta técnica existirá un ahorro de miles

y miles de toneladas de combustible fósil, pero esto necesitará demasiada

inversión para lograr la precisión y estabilidad necesaria.

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Referencias1. Aguer, M. (2007). EL HIDRÓGENO Fundamento de un futuro equilibrado, España: Díaz de

Santos, S. A.

2. Ferrer, S. (18 de diciembre de 2015). el confidencial. Recuperado el 20 de febrero de 2016, de el confidencial: http://www.elconfidencial.com/tecnologia/2014-12-18/el-lado-oscuro-del-coche-de-hidrogeno_592282/

3. Marta, M. (17 de febrero de 2016). el progreso. Recuperado el 20 de febrero de 2016, de el progreso galicie: http://elprogreso.galiciae.com/noticia/5055147cuatro-institutoa-presentan-en-pastoriza-un-coche-con-motor-de-hidrogeno1

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