“Hidronergy”

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL SURESTE

DE VERACRUZ

“Hidronergy.”

Trabajo recepcional que para obtener el título de:

Ingeniería en Mecatrónica

Presenta:

Jiménez Ríos Celiany.

Del Río Trinidad Adrián.

Hernández Vargas Carlos Daniel.

León Domínguez Luis

Joselito Revilla Nolasco.

Nanchital de Lázaro Cárdenas del Río, Ver., Enero de 2015.

CAPITULO 1

“GENERALIDADES”

1.1. Planteamiento del problema.

Las reservas mundiales de combustibles fósiles no son infinitas y se estima que en el curso del presente siglo XXI comenzarán a declinar hacia su agotamiento, esto es la razón de muchos de los principales problemas globales. Los recursos no renovables crean tensiones políticas, el consumo de combustible fósil sostiene la economía actual que beneficia a las personas ricas mientras empobrece a las demás.

Su creciente consumo por parte de las industrias afecta nuestra atmósfera e incluso puede cambiar el clima. Se prevé que debido al ritmo de consumo mundial de combustibles fósiles, el aumento de la polución atmosférica (lluvia ácida, deterioro de la capa de ozono, contenido de dióxido de carbono, responsable del efecto invernadero y consecuente calentamiento global), habrá de provocar diversos tipos de catástrofes, cada vez con mayor intensidad, como se está evidenciando ya en la actualidad.

Todo esto a pesar de que México dispone de reservas de crudo para tan sólo unos cuantos años; cada día disminuye la producción nacional por la declinación de Cantarell, que actualmente tan sólo produce el 25% del total. Considerando las reservas probadas y los ritmos de producción actual, México cuenta con petróleo disponible solo por unos cuantos años. Esto lleva, una vez más, a concluir que es imprescindible implantar medidas que contrarresten un eventual desabasto energético

Los combustibles y fuentes de energía renovables están a la mano y no requieren de una gran industria como la del petróleo para su desarrollo. Debido a esto surge la necesidad de buscar nuevas soluciones que contribuyan al mejoramiento de estos problemas sin recurrir a limitaciones en la producción de energía, ya que esto implicaría un retraso tanto en el desarrollo económico, cultural, tecnológico, como en el investigativo de nuestro país. Una de estas opciones es la obtención del hidrógeno del agua para utilizarlo como combustible.

1.2. Justificación del proyecto.

Creemos que el uso racional y eficiente de las actuales fuentes energéticas y las energías alternativas son la solución a este problema. México cuenta con abundancia de recursos en energías renovables (mucho más que de hidrocarburos) y con capital humano capaz de generar investigación y desarrollos para apropiarse o crear las tecnologías necesarias para su aprovechamiento.

El hidrógeno como combustible ha recibido una gran atención en los últimos años, debido a sus características favorables en términos del carácter sustentable que significa su obtención y su uso.

Alimentar un motor de combustión interna con hidrógeno resulta ser, aparentemente, más propio de especialidades de ingenierías mecánicas o químicas, sin embargo, el riesgo de lesiones personales o daño al equipo dificultan las pruebas. Por esta razón se aplicará un sistema de control automático remoto, asegurando así, la protección del personal de pruebas y del sistema mismo con el fin de desarrollar un método seguro de obtención de hidrógeno.

El sistema tiene como finalidad proporcionar la información básica del uso y manejo de hidrógeno como energía alterna a los combustibles fósiles añadiendo una interfaz de monitoreo remoto del proceso de electrólisis para pruebas experimentales.

1.3. Objetivos

1.3.1. Objetivo general

Realizar un sistema de generación de hidrógeno por medio de electrólisis de agua para mantener una flama, monitoreando y controlado el sistema de forma remota con la finalidad de mantener la seguridad del personal en pruebas.

1.3.2. Objetivos específicos.

 Recopilar información necesaria para la elaboración de un sistema de obtención de hidrógeno mediante el proceso de electrólisis.

 Realizar pruebas para definir los materiales adecuados para el sistema diseñado.

 Programación de la interfaz de control y monitoreo remoto a través del software de entorno gráfico de programación Labview.

 Puesta en marcha del sistema Hidronergy.

CAPITULO 2

“MARCO TEÓRICO”

2.1. Hidrógeno.

2.1.1 ¿Qué es el Hidrógeno?

El hidrógeno es el elemento más ligero de la naturaleza, así como el más abundante en el universo, totalizando más del 70%. Se halla en las estrellas jóvenes, en polvo interestelar y en las enormes nubes de gas suspendidas en el espacio, pero la mayor parte de él se encuentra formando diversos compuestos químicos. Presenta muy baja solubilidad en líquidos, pero una alta solubilidad en metales, especialmente en paladio.

El Hidrógeno es un gas incoloro, inodoro, insípido y no es tóxico. El Hidrógeno se quema en el aire formando una llama azul pálido casi invisible.Es el más ligero de los gases conocidos en función a su bajo peso específico con relación al aire. Por esta razón, su manipulación requiere de cuidados especiales para evitar accidentes.

El Hidrógeno es particularmente propenso a fugas debido a su baja viscosidad y a su bajo peso molecular (peso molecular = 2.016). Es un combustible con un alto contenido energético, que proporciona 28.6696 Kcal por cada gramo, frente a 11.953 Kcal/gr del gas natural, 10.780 Kcal/gr de la gasolina, 10.932Kcal/gr del butano y 10.0792 Kcal/gr del propano.

2.1.2 Propiedades Químicas del hidrogeno

Nombre Hidrógeno

Número atómico 1

Valencia 1

Estado de oxidación +1

Electronegatividad 2,1

Radio covalente (Å) 0,37

Radio iónico (Å) 2,08

Radio atómico (Å) -

Configuración electrónica 1s1

Primer potencial de ionización (eV) 13,65

Masa atómica (g/mol) 1,00797

Densidad (g/ml) 0,071

Punto de ebullición (ºC) -252,7

Punto de fusión (ºC) -259,2

Descubridor Boyle en 1671

2.1.3 Hidrogeno como Fuente de energía.

El hidrógeno como combustible ha recibido una gran atención en los últimos años, debido a sus características favorables en términos del carácter sustentable que significa su obtención y su uso. Por todo lo anterior el hidrógeno, así como su alta compatibilidad con energías e insumos renovables, es hoy en día un candidato muy atractivo para sistemas energéticos eficientes, limpios y sustentables.

Poder calorífico inferior 120MJ/kg

Poder calorífico superior 141.86MJ/kg

Límite de explosión 4.0 – 75.0%

Límite de detonación 18.3 – 59.0%

Capacidad calórica específica CP=14.199 J/kg-º K

CV=10.074 J/kg-ºK

Coeficiente de difusión 0.61cm2/s

Factores de compresibilidad 1 a 1 bar – 1.13 a 200 bar – 1.24 a 350 bar

Lo primero que hay que entender sobre el hidrógeno es que es un medio de almacenaje de energía y no una fuente de ésta. La energía que almacena éste, tiene que venir de alguna parte. Popularmente se ha confundido el uso del hidrógeno, como una fuente primaria de energía limpia y sustentable en el futuro para la generación de electricidad, que a futuro podría llegar a reemplazar a los combustibles fósiles como fuente energética. La generación de electricidad a través de celdas de combustible o de combustión interna en base a hidrógeno es un tema distinto, que no implica un cambio en las fuentes primarias de energía, pero que podría tener tremendo impacto en el uso de una matríz energética sustentable con el medio ambiente.

Desde el punto de vista energético posee un alto contenido energético por unidad de masa, el hidrógeno es, de todos los combustibles, el que tiene la máxima relación energía/peso; contrariamente, siendo el hidrógeno un gas, y además, el más liviano de los elementos, su relación energía/volumen es la mínima.

2.1.4 Generación Del Hidrógeno.

Como el hidrógeno es un medio de almacenaje y transporte de energía y no una fuente de ésta, se requiere de otras fuentes de energía para producirlo. Cada fuente tiene su propia eficiencia de conversión de energía al generar hidrógeno.

El hidrógeno molecular no está presente en reservas naturales convenientes, aunque está en la atmósfera en forma muy poco concentrada. Además es producido por algunos microbios en un ciclo biológico. La mayoría del hidrógeno en la tierra está en la molécula de agua (H2O). También está presente en los combustibles fósiles. Éste puede ser producido usando combustibles fósiles a través de reformación de gas natural o de gasificación de carbón. También

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