Divulgación Celda de hidrógeno vehicular

[Julián]

Hola a todos.

He estado viendo que muchos comenzaron a instalar celdas de hidrógeno en el vehículo, donde el hidrógeno H2 se genera por electrólisis y se injecta directamente en la admisión de aire del motor, produciéndose una mezcla de combustible de hidrocarburo (nafta) y aire más hidrógeno.

http://hidrocell.galeon.com/

La entalpía de disociación del agua líquida es: 285.8 KJ/mol, es decir, es necesario aplicar en la electrólisis una energía de 285.8KJ para obtener un mol de H2 y 1/2 mol de O2. Es la misma energía teórica que se obtiene cuando obtenemos agua a partir de H2 y 1/2 O2. Por lo tanto la ganancia de energía es nula, si consideramos el sistema perfecto, aspecto que no es posible físicamente.
Si consideramos el rendimiento del motor, aproximadamente 25%, el sistema nos da una balance de energía totalmente negativo. Así que esta gente que usa las celdas de hidrógeno en el auto, están gastando más en combustible que lo que ahorran.

Aún así, si se utiliza una pila de combustible para mover motores eléctricos, con un rendimiento de 63% (mucho mejor que el motor de combustión), no tiene sentido desde el punto de vista energético, a menos que se obtenga hidrógeno por fotólisis, se almacene y se transporte (algo muy inseguro y complicado hoy en día).

Así que pregunto:

¿Es posible disminuir la entalpía de disociación del agua agregando algún tipo de electrolito, es decir, aniones y cationes al agua?

Agrego enlace de que están intentando vender algo que es fallido: https://articulo.mercadolibre.com.ar...sta-2000cc-_JM

Saludos.

[Richard R Richard]

Re: Celda de hidrógeno veihicular

Hola Julián, si la batería que alimenta la celda de hidrógeno es la misma que utiliza el auto para circular a nafta o diesel, y debe recargarse con el alternador, entonces el sistema es ineficiente...

Pero si la energía proviene de linea domiciliaria eléctrica utilizando una segunda batería recargable y que esta energía sea mas barata por Kcal producida en el motor,... entonces puedes tener un ahorro monetario al recargar todas las noches la batería por medio de un suministro más económico. Aqui en Argentina no se que es más barato si llegar a toda la potencia con el combustible normal, o con la mezcla híbrida de ambos, pues la electricidad No es lo que se dice barata barata.....

pero aún me queda la duda de como, haces a encontrar nuevamente la puesta a punto, y si es esto posible, por dos razones ,una la cantidad de hidrógeno no puede ser elevada , para que no explote por la sola compresión durante la carrera ascendente y la otra
Se que en los Diesel le ponen GNC a la admisión dando muy buenos resultados, usando una válvula mariposa y un regulador de presión. En este tipo de aparatos no se como se puede regular la cantidad de $H_2$ producida para que mantenga una relación constante con el combustible no con el aire , para que no varíe el punto. Por que es evidente que almacenar hidrógeno comprimido o no es peligrosisimo.

[Julián]

Re: Celda de hidrógeno veihicular

Hola Julián, si la batería que alimenta la celda de hidrógeno es la misma que utiliza el auto para circular a nafta o diesel, y debe recargarse con el alternador, entonces el sistema es ineficiente...

Pero si la energía proviene de linea domiciliaria eléctrica utilizando una segunda batería recargable y que esta energía sea mas barata por Kcal producida en el motor,... entonces puedes tener un ahorro monetario al recargar todas las noches la batería por medio de un suministro más económico. Aqui en Argentina no se que es más barato si llegar a toda la potencia con el combustible normal, o con la mezcla híbrida de ambos, pues la electricidad No es lo que se dice barata barata.....

1 litro de agua tiene una masa de 1000 g, donde su peso molecular es 18 g/mol.

Es decir 1 litro de agua = 55.5 moles de agua.

285.5 [KJ/mol] * 55.5 [mol] = 15.8 MJ = 4.38 KWh

La energía necesaria para disociar 1 litro de agua es 15.8 MJ, que es 4.38 KWh.

Considerando un rendimiento de motor de combustión del 25% tenemos 3.95 MJ, 1.1 KWh. En un litro de nafta (gasolina) tenemos 34.78 MJ, por lo que a un rendimiento del 25% tenemos 8.69 MJ

1 litro de nafta = $37.21 (ARG al 12/2018) = 8.69 MJ
1 litro de agua = $8.76 (ARG al 12/2018 para usuarios residenciales pequeños)= 3.95 MJ

1 KWh = $2 (ARG al 12/2018)

Así que cargando una batería externa mediante la red domiciliaria tienes una pequeña ganancia económica (por el momento). Pero yo no me entusiasmaría ya que no reacciona el oxigeno con el hidrogeno solamente en la cámara sino una mezcla de hidrogeno+oxigeno+nafta. Es decir, habría menor concentración de oxigeno para la reacción nafta-oxigeno debido a la reacción hidrógeno-oxigeno. Por eso entiendo cuando dices de encontrarle el punto:

pero aún me queda la duda de como, haces a encontrar nuevamente la puesta a punto, y si es esto posible, por dos razones ,una la cantidad de hidrógeno no puede ser elevada , para que no explote por la sola compresión durante la carrera ascendente y la otra
Se que en los Diesel le ponen GNC a la admisión dando muy buenos resultados, usando una válvula mariposa y un regulador de presión. En este tipo de aparatos no se como se puede regular la cantidad de producida para que mantenga una relación constante con el combustible no con el aire , para que no varíe el punto. Por que es evidente que almacenar hidrógeno comprimido o no es peligrosisimo.

Regularías la potencia que le entregas a la celda por un convertidor PWM, necesariamente deberías sensar el caudal del 2H antes de la entrada de la admisión, para el control de la potencia entregada a la celda. Y ahí a buscarle el punto a ojo!

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Pero dejando de lado la parte económica al cargar la batería externamente. ¿Sería posible obtener ganancia de energía en el sistema celda de hidrogeno - pila de combustible de hidrógeno?

Ya es sabido que la entalpía, es decir, la energía para disociar el hidrogeno y oxigeno del agua es igual a la energía que se obtiene en la reacción hidrogeno más oxigeno, estamos ante un proceso reversible. Efectivamente la energía útil será menor y el sistema será ineficiente.

Pero ¿Es posible obtener una entalpia de disociación del agua menor si se agrega un electrolito específico a la celda de hidrógeno? Es decir, ¿sería posible reducir la energía de enlace de H2O debido a la interacción de molecula de agua con iones?

No encuentro por ningún lado la entalpía de disociación de mezcla agua + algún electrolito (como soda caústica).

Si se quiere generar x moles de 2H. ¿Se debe entregar la misma energía a la celda de hidrógeno si se tiene agua pura que si se tiene agua con solución salina?

[Richard R Richard]

Re: Celda de hidrógeno veihicular

habría menor concentración de oxigeno para la reacción nafta-oxigeno debido a la reacción hidrógeno-oxigeno. Por eso entiendo cuando dices de encontrarle el punto:

Claro , el hidrógeno es mucho mas explosivo que la nafta, he buscado la relación de compresión de los cilindros de un motor completamente funcional a hidrógeno pero no lo hallé, si la compresión no es la optima para el hidrogeno, mucho mas que con el aporte de calor no ayuda, porque de la nafta más allá de la energía calorífica lo que importa también es la multiplicación del volumen de gases para producir la expansión y el trabajo del pistón, con el hidrógeno necesitas 3 moles fríos 2 de H_2 y uno de O_2 para tener 2 de H_2O junto con el nitrógeno que expande por temperatura, con la nafta 1 mol de combustible + 13 de O_2 aproximadamente te da 8 de CO_2 y 9 de H_2O ganas 4 moles de gas mas los de nitrógeno(cuyo aporte puede ser mayor con el hidrógeno por desarrollar más temperatura.) en la explosión y la de hidrógeno pierde 1 ...

Así que el auto calienta mas, tiene menos potencia, aunque si será mas barato., Obviamente servirá mucho mas la versión híbrida, para aprovechar la mayor temperatura y la mayor cantidad de gases.

Regularías la potencia que le entregas a la celda por un convertidor PWM, necesariamente deberías sensar el caudal del 2H antes de la entrada de la admisión, para el control de la potencia entregada a la celda. Y ahí a buscarle el punto a ojo!

Si , o bien con un cpu regular la apertura de acuerdo a alguna función que optimice desempeño. quizá eso haga el convertidor y sea yo el que no lo sepa.

¿Sería posible obtener ganancia de energía en el sistema celda de hidrogeno - pila de combustible de hidrógeno?
Ya es sabido que la entalpía, es decir, la energía para disociar el hidrógeno y oxigeno del agua es igual a la energía que se obtiene en la reacción hidrógeno más oxígeno, estamos ante un proceso reversible. Efectivamente la energía útil será menor y el sistema será ineficiente.
Pero ¿Es posible obtener una entalpía de disociación del agua menor si se agrega un electrolito específico a la celda de hidrógeno? Es decir, ¿sería posible reducir la energía de enlace de H2O debido a la interacción de molecula de agua con iones?

Lo que vas a lograr es pasar más o menos eficientemente la carga nocturna de la red a la pila, y con el uso del vehículo desde la pila al motor eléctrico, va a se mas eficiente que quemarlo, pero mas rendimiento energético nose.

Ya no recuerdo en que hilo , le porfie algo a arivasm y carmelo y me lo explicaron bien ...sobre los catalizadores, que no cambian el salto entálpico, sino que favorecen el proceso para que la reacción se produzca con menor aporte de energía también aumentan la velocidad con que los reactivos se transforman en productos, pero la ganancia energética por mol de reactivo será constante, ahora bien cuanto más rápido generas energía más rápido la podes usar...osea mas potencia, y a la vez necesitas disipar más lo que no puedas transformar en movimiento.

Me acorde el hilo es este...https://forum.lawebdefisica.com/thre...ctivaci%C3%B3n

[Julián]

Re: Celda de hidrógeno veihicular

Entonces. ¿Sería teóricamente posible, mediante la utilización de un catalizador, obtener ganancia de energía en el sistema anteriormente mencionado?

Si un catalizador, disminuye la energía de activación requerida para la ruptura del enlace de la molecula H2O, el cual es un proceso endotérmico, y dada la temperatura T0 de la celda de hidrógeno, habrá suficiente moléculas que superen dicha barrera. De esta manera el aporte de energía, dado en KJ/mol, que debe entregarse a la celda de hidrógeno es menor a la entalpía, en KJ/mol, de la reacción de 2H +O. Produciéndose así una ganancia de energía y un sistema autosustentable mientras (ya que estoy buscando en mi cabeza un fundamento para la conservación de la energía ) existan los reactivos y catalizadores.

Es decir, la energía de activación es menor a la energía de activación inversa. Y su diferencia, la ganancia.

[Richard R Richard]

Re: Celda de hidrógeno veihicular

Entonces. ¿Sería teóricamente posible, mediante la utilización de un catalizador, obtener ganancia de energía en el sistema anteriormente mencionado?

Te reitero, si el proceso es factible, se dará con o sin catalizador, lo que hace el catalizador es aumentar la velocidad de la reacción, es decir obtienes mas rapido la misma cantidad de energía por mol de producto.

Si un catalizador, disminuye la energía de activación requerida para la ruptura del enlace de la molecula H2O, el cual es un proceso endotérmico, y dada la temperatura T0 de la celda de hidrógeno, habrá suficiente moléculas que superen dicha barrera. De esta manera el aporte de energía, dado en KJ/mol, que debe entregarse a la celda de hidrógeno es menor a la entalpía, en KJ/mol, de la reacción de 2H +O. Produciéndose así una ganancia de energía y un sistema autosustentable mientras (ya que estoy buscando en mi cabeza un fundamento para la conservación de la energía ) existan los reactivos y catalizadores.

Es decir, la energía de activación es menor a la energía de activación inversa. Y su diferencia, la ganancia.

Funciona tal cual describes pero con la salvedad de que si recuerdas que del hilo que te pasé, se concluye que el valor de la energía de activación es independiente de la temperatura, entonces si ganas la energía suficiente para aumentar la temperatura de los productos, con la energía que obtienes de una pequeña parte de los productos, lo que sucede es que aumenta la velocidad de reacción usando el catalizador ,que se traduce mas producto y calor por unidad de tiempo.
En procesos continuos en el mismo reactor(motor) conviertes mas masa por unidad de tiempo, mas energía por unidad de tiempo, pero no mas energía por unidad de masa, así que la conservación sigue ocurriendo.
Año sumo si se produce descontroladamente lo que obtienes es un estallido u explosión, de todo el combustible disponible, pero hay que recordar que esperamos eso luego de aplicar la chispa y no antes, con eso me refiero a buscar el punto, o rediseñar el motor buscando la relación de compresión óptima, para que el agregado de H2 a la nafta, no cause los mismos daños que provoca agregar nafta a un motor diesel.