Archive for the ‘Celda de Combustible’ Category


primary_energy_energy_conversion_energy_storage_and_transmission_end_use_of_energy

Este es un post importanet en que se muestra en el enlace entre los diferentes formas de transporte y conversión de energía en el futuro sistema de energía sostenible. El sol es la fuente de energía primaria. La electricidad y varias formas de formas de celdas de combustible sintéticamente preparados son predominantes como portadores de energía y una variedad de tecnologías de conversión van a ser requeridas. Se muestra aparte de la energía primaria… las formas de tecnologías relacionadas a la conversion, almacenamiento y transmisión; así como también al uso final de la energía. Toda este flujo nos permite visualizar la tendencia tecnológica, lo que para fines de investigación orienta que temas son más prioritarios que otros.


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specific_power_vs_specific_energy_duty_cicle

Se había tratado en un post anterior algo semejante para elementos que hacen almacenamiento de energía y creo, que lo había en varios posts. La presente es la gráfica de los principales fuentes de generación de energía eléctrica que están considerados dentro del grupo de las energías renovables. Es una apreciación bien práctica para saber la capacidad de generación por unidad de peso tanto de energía como de potencia. Hay una relación en que hay tecnologías que tienen alta potencia específica pero baja energía específica y viceversa (equipos con alta energía específica y baja potencia específica) a excepción de los elementos de combustión interna que tiene un comportamiento parejo en ambas variables. Hago recordar que las máquinas de combustión interna, se utilizan como respaldo al sistema microgrid en momentos de falta de abastecimiento sea durante condiciones normales o en caso de corte de suministro.


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Help me para estar presente en The 17th Annual International Mars Society. South Shore Harbour Resort (SSHR), League City, Houston, TX, August 7-10, 2014


help_convention_annual_mars_society_jorge_mirez

 

convencion_mars_society_2014_USA (image in pdf)

CV Jorge Mírez:    CV_Jorge_Mirez_Super_Short_2014

memory help about i in Mars Desert Research Station (April/May 2013) ayuda_memoria_MDRS_2014


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En esta ocasión les presento algo sobre investigaciones de almacenamiento de hidrógeno en novedosas nanoestructuras de carbón tridimensionales. El grafeno tiene de hecho muchas posibilidades de implementación. Los materiales nanoporosos que observan en las imágenes han sido diseñados deseables áreas superficiales y tamaño de poros (mejor dicho, hechos a la medida). Su interacción con el hidrógeno se hace en un primera etapa por medio de cálculos tipo Monte Carlo. Para mejor comprensión de cualquer fenómeno o proceso, el plantearlo en modelo teórico que luego se hace simulaciones es un paso fundamental, la importancia de hacer simulaciones es obvia. Existen diferentes aleaciones metálicas propuestos como tanques de almacenamiento. Las temperaturas de trabajo son de 77 K y 300 K, excelente para las condiciones ambientales. Esto ya juega con la imaginación de poder construir estructuras 3D como un jugar. Esperando saber de más progresos en este rubro y más que todo que se hagan simulaciones en Matlab, os dejo este posts con estas lindas imágenes.


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almacenamiento_hidrogeno

 

El hidrógeno es un elemento que es grandemente prometedor como fuente de energía alternativa. Sin embargo, el poder almacenarlo va por varios problemas a resolver. Numerosos materiales se han desarrollado y se están desarrollando para captar la mayor cantidad de hidrógeno entre sus espacios intermoleculares, por lo tanto, sean estos de aplicación comercial e industrial. Aún hay camino por recorrer en este caso, sin embargo, en la figura pueden visualizar los actuales desarrollos.


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Es la acumulación preferencial de una substancia en una fase líquida o gaseosa (lo que involucra la separación de una substancia en una fase fluida o gaseosa) sobre la superficie de un adsorbente sólido (IAS). Los procesos de adsorción son ampliamente usados en muchas aplicaciones industriales y en la purificación de agua potable o tratamiento de agua residual.

adsorcion

 Un adsorbente deberá tener una gran capacidad de adsorción y rápida velocidad de adsorción, es decir, una gran área superficial o volumen de microporos con una estructura porosa tal para que las moléculas del adsorbato se transporten a los sitios activos (microporos d< 2nm, mesoporos 2<d<50 nm, macroporos d>50 nm).  Ejemplos de adsorbentes comerciales: carbón activado (US$ 1 mil millones), zeolitas tamices moleculares (US$ 100 millones), gel de sílice (US$ 27 millones) y alúmina activada (US$ 26 millones).

La isoterma de adsorción es la relación matemática entre la masa del soluto adsorbido y la concentración del soluto en la solución una vez que se ha alcanzado el equilibrio.

temperatura_adsorcion

La capacidad de adsorción es muy dependiente del pH de la solución ya que afecta las características de la superficie, el tipo de especies del adsorbato que se encuentran en la solución y las interacciones entre la superficie y el adsorbato en solución.

La isoterma de adsorción representa el equilibrio termodinámico entre el soluto adsorbido y el soluto en solución y por esta razón, es dependiente de la temperatura. La temperatura afecta el equilibrio porque las interacciones entre la superficie y las moléculas en solución dependen de la temperatura. En la literatura sobre adsorción en fase líquida se ha reportado que la temperatura puede afectar el equilibrio de adsorción de las tres formas siguientes:

  • El equilibrio de adsorción se favorece disminuyendo la temperatura.
  • El equilibrio de adsorción se favorece aumentando la temperatura.
  • El equilibrio de adsorción es independiente de la temperatura.

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Un catalizador químico es una sustancia que altera la velocidad de la reacción química sin consumirse o generarse en el proceso. En la catálisis heterogénea, el catalizador actúa como un lugar de encuentro para los reactivos y promueve su unión.

El electrodo actúa como sitio o sustrato para la reacción electródica. Un electrodo es un catalizador de las reacciones de transferencia de carga o electrocatalizador, participa de la reacción aportando sitios para la adsorción de intermediarios.

La palabra catálisis se deriva del griego: kata (abajo) y lyein (aflojar, ayudar o facilitar) fue usada por primera vez por Berzelius en 1835. Ya que la catálisis puede resultar de aditivos homogéneos y/o heterogéneos, según el sistema bajo estudio, se ha la distinción entre la catálisis homogénea y la catálisis heterogénea. El uso de este concepto se extendió a los sistemas que comportan una interfaz sólido/líquido. En esta interfaz se llevan a cabo las reacciones electroquímicas. De ahí que la catálisis en sistemas electroquímicas se llame electrocatálisis.


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aletas

Las aletas son utilizados para evacuar calor hacia el medio exterior a un sistema que se desea por lo general enfriar. Existe una ecuación para determinar la distribución de temperaturas a través de una aleta bajo coordenadas cartesianas (amén de todas coordinadas cilíndricas y esféricas). Las geometrías pueden ser variadas entre las más utilizadas esta la forma rectangular y triangular. Para geometrías más complicadas las soluciones analíticas son complicadas y requieren demasiado tiempo y un buen conocimiento de matemáticas. Para palear ello haciendo uso del arte de la programación, se puede programar la misma ecuación diferencial (como se muestra en la figura) y encontrar los perfiles de distribución de temperatura para las diferentes formas de aletas que uno puede imaginar.

El modelo a considerar es que a lo largo de la extensión de la aleta se debe programar la dependencia del perímetro y del área como varía. Simulaciones más precisas pueden ver la dependencia de la conductividad y el coeficiente de transferencia de calor por convección. Pero estos detalles requerirán una capacidad computacional mayor, lo que se muestra es un modelo  simple de aleta y que trato de describir mas que todo la curva de temperatura obtenida


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modular_construction_kit_1

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Presentado en una conferencia internacional en el 2012, desarrollado en Alemania. Se observa que la caraacterística principal es la de tener un gran bus único de transporte de la energía eléctrica a la cual se acoplan todos los elementos (generadores, almacenadores, consumidores) de la microgrid. El bus es del tipo AC (Corriente Alterna) por lo tanto, si es que se tiene generacíón renovable envoltaje continuo, éste debe tener un convertidor DC/AC para acoplarse al bus. Dicho inversor debe tener diseño adecuado para hacer seguimiento de los cambios de frecuencia y voltaje del bus a fin de obtener una buena performance del sistema, cosa que supongo se ha realizado y muestra de ello, en la figura inferior se tiene un demostrativo de la idea en la cual han colocado simulares de algunos elementos que por el mismo hecho de ser un demostrativo en algún evento internacional, no le reta mérito de lo conseguido durante dicha actividad de investigación.

Si los inversores utilizados es de un sólo sentido debido a que está conectado a los paneles fotovoltaicos, de doble sentido de flujo de energía eléctrica deben ser los convertidores conectados a las baterías eléctricas. Hay mucho aún por mejorar en las baterías electroquímicas, hay materiales que almacenan más, pero estas (las baterías) son de bajo costo y fácil implementación, instalación, mantenimiento, etc.

Por lo tanto, se ha previsto lo que es la protección eléctrica, que bajo estos esquemas toma rumbos diferentes a la forma tradicional. Un importante aporte es la simulación de la implementación, la cual luego del diseño de escritorio, se prueba “virtualmente” el diseño y se determina el modus operanti posible de la microgrid. Los datos recolectados en el experimentos, son comparados con los teóricos (simulaciones), lo cual constantamente retroalimentan de información (data) a los investigadores para la mejor comprensión del funcionamiento de la micgrid.


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curve_polarization_fuel_cell

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Celdas de combustible tienen la perspectiva de ser cada vez más utilizadas en reemplazo de los combustibles fósiles en las unidades de transporte… el presente curva de una celda de combustible que utiliza hidrógeno (proviente de agua) como elemento de trabajo. Estas simulaciones pueden ser usadas en estudios y luego ser comparadas con los experimentos, si es que ya se tiene la celda de combustible o en caso se estén desarrollando los materiales para tal fin.

En las gráficas se presentan todas las condiciones de funcionamiento posibles. la separación entre puntos dan a saber la rapidez de cambio de la variable al cambiar la densidad de corriente. Tiene un parecido al de la celda fotovoltaica en la curva de potencia, con un máximo pico de entrega de potencia.

Las celdas de combustible son un buen tema a desarrollar, lo pueden hacer e interesante desarrollar modelos computacionales de celdas de combustible en las universidades y cenros de investigación. Quizás otros tipos de celdas de combustible se pueden desarrollar y por lo tanto, el código se tendrá que modificar en algo para adaptarse a ese nuevo material.

Hecho en Matlab, luego de numerosos intentos y os espero sirva de mucho.


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