PILAS DE COMBUSTIBLE

Pilas de CombustibleLas pilas de combustible o celdas de combustible son unos dispositivos electroqumicos, capaces de convertir directamente la energa qumica contenida en un combustible en energa elctrica. Esta transformacin electroqumica (sin combustin) no est limitada por el rendimiento de Carnot, lo que permite conseguir rendimientos relativamente altos (en la prctica en el entorno del 40 o 50%, aunque en teora podran ser bastante superiores). Se presentan como unos dispositivos con enorme potencial de aplicacin.Fundamentalmente una pila de combustible es un apilamiento (con conexiones internas en serie) de clulas o celdas individuales. Estas celdas estn formadas por dos electrodos (nodo y ctodo) donde se producen respectivamente la oxidacin del hidrgeno y la reduccin del oxgeno, y por un electrolito (que puede ser un medio tanto cido como bsico) que permite el intercambio de los iones que generan ambas reacciones. Uniendo cada dos celdas existe un elemento de unin, denominado normalmente placa bipolar (que adems facilita la canalizacin de los gases) que permite la circulacin de los electrones, que pasando por el circuito externo, completan las reacciones.Entre las ventajas generales de las pilas de combustible, cabe destacar:

Su buen rendimiento, en torno al 40 o 50% y con posibilidades de mejora. Este rendimiento, a diferencia de otros sistemas, es relativamente alto para distintas potencias en un mismo sistema (es decir funcionando tanto a plena potencia como a cargas parciales), lo que permite ajustar la produccin a la demanda sin sacrificar la eficiencia. Asimismo, el rendimiento es bueno independientemente del tamao del sistema (a diferencia de los sistemas trmicos, en los que el rendimiento mejora con el aumento de escala). Son sistemas con muy poca inercia, que pueden seguir casi al instante la curva de demanda. Tienen un carcter modular, lo que significa por un lado un aumento de la fiabilidad a la vez que una reduccin de costes, y por otro que las plantas se pueden construir en poco tiempo y pueden aumentar o disminuir la potencia sin cambiar su diseo. Adems se puede conseguir una muy alta disponibilidad, ya que la parada de un mdulo no supondra la parada del sistema completo. Al carecer de partes mviles, las pilas de combustible son silenciosas, no producen vibraciones (estas afirmaciones no son vlidas para algunos de los componentes auxiliares), y por ello, en teora, requieren poco mantenimiento.

Las pilas de combustible se clasifican normalmente atendiendo al electrolito que utilizan. Entre las de baja temperatura estn las alcalinas y las de polmeros (tambin conocidas como de membrana intercambiadora de protones, o por las siglas en ingls PEM). Las de metanol directo son un tipo particular de pilas PEM que consumen directamente metanol. Las pilas de combustible de media temperatura son las de cido fosfrico, y las de alta temperatura son las de carbonatos fundidos y las de xidos slidos. A da de hoy las pilas que levantan ms expectativas son las de polmeros para aplicaciones mviles o de poca potencia (transporte, aplicaciones residenciales y aplicaciones porttiles) y las de xidos slidos para generacin centralizada o distribuida de electricidad.En la siguiente imagen esta la clasificacin de los diferentes tipos de pilas de combustible

Clculos a) Elabore una grfica de volumen generado (V) de hidrogeno y oxigeno contra tiempo de electrolisis (t)

b) Determine la razn de formacin de los gases generados

c) Calcule la potencia (P[W]) de la electrolisis y del funcionamiento en PCPc= I x EHIDROGENO CARGAPc=1.67 V x 0.181 A=0.3023 wattsPc=1.68 V x 0.19 A =0.3192 wattsPc=1.68 V x 0.188 A =0.3158 watts

HIDROGENO DESCARGAPd=0.62 V x 0.039 A =0.0242 wattsPd=0.40 V x 0.027 A =0.0108 wattsPd=0.30 V x 0.022 A =0.0066 wattsPd=0.23 V x 0.020 A =0.0046 watts

OXIGENO CARGAPc=1.68 V x 0.188 A =0.3158 wattsPc=1.68 V x 0.19 A =0.3192 wattsPc=1.68 V x 0.188 A =0.3024 watts

OXIGENO DESCARGAPd=0.62 V x 0.039 A =0.0242 wattsPd=0.45 V x 0.030 A =0.0135 wattsPd=0.31 V x 0.023 A =0.0071 wattsPd=0.24 V x 0.020 A =0.0048 watts d) Calcule, en base al inciso c, la eficiencia del proceso EFICIENCIAS:

H2 = PdPc x 100

H2 = 0.02420.3023 x 100 = 8.0053 %H2 = 0.010800.3192 x 100 = 3.3835 %H2 = 0.00660.3158 x 100 = 2.0899 %

O2 = PdPc x 100

O2 = 0.02420.3158 x 100 = 7.6631%

O2 = 0.01350.3192 x 100 = 4.2293%

O2 = 0.00710.3024 x 100 = 2.3479%

e) Cul es la reaccin en el nodo y la reaccin global del proceso si la alimentacin es METANOL en lugar de hidrogeno.

nodo: CH3OH + H2O----->CO2 + 6 H+ + 6 eCtodo: 1,5 O2 + 6 H+ + 6 e- ----->3 H2O Reaccin global: CH3OH + 1,5 O2----->CO2 + 2 H2O