Máquinas Térmicas (página 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.

*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:

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:

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

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.

= 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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Autor:

Prinhony

Perú

Octubre de 2007