C Hydro-Wind Education Kit. Lee atentamente y asegurate de comprender estas instrucciones antes de iniciar el montaje.

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1 Hydro-Wind Education Kit âã Los nombres registrados y marcas que se citan son propiedad de sus respectivos titulares. Lee atentamente y asegurate de comprender estas instrucciones antes de iniciar el montaje. ADVERTENCIA: Para evitar riesgos de daños materiales, lesión grave o muerte: Este kit está destinado solamente a personas mayores de 12 años y siempre bajo la supervisión de personas adultas que han leído y entendido las instrucciones proporcionadas en este manual de usuario. No apto para menores de 12 años, contiene piezas pequeñas que pueden tragar. Las células reversibles de combustible generan gases que pueden inflamarse con facilidad. Lea atentamente las instrucciones antes de usarlo y téngalas a mano como referencia. Herramientas necesarias: Destormillador estrella pequeño Consideraciones. Tijeras También se precisa: agua destilada y, opcionalmente, 2 p i l a s A A Este componente está destinado para un uso didáctico. Por ello se aconseja su utilización y montaje bajo la supervisión de personal docente. CebeKit no ofrece explicaciones adicionales, asistencia técnica ni apoyo didáctico alternativo al reflejado en las presentes instrucciones. La garantía de éste producto queda prescrita exclusivamente a piezas no suministradas en la relación del kit y avería o malfuncionamiento por causas ajenas a un montaje o uso inadecuados. En tal caso debe ponerse en contacto con nuestro departamento técnico, correo electrónico: sat@fadisel.com Fax Los productos CebeKit disponen de 2 años de garantía a partir de la fecha de compra. Quedan excluidos el trato, montaje o manipulación incorrectos. La documentación técnica de este producto responde a una transcripción de la proporcionada por el fabricante. Disponemos de más productos que pueden interesarle, visítenos en: ó solicite nuestro catálogo. Índice: 1. Instrucciones generales de seguridad Descubriendo la energía del viento Lista de componentes 4. Montaje del aerogenerador 5. Introducción a la célula de combustible reversible 6. Experimentos 7. Consejos para un uso óptimo 8. Soluciones a posibles problemas pg. 02 pg. 02 pg. 05 pg. 06 pg. 10 pg. 11 pg. 17 pg. 18 Rev Pag: 01/19

2 1. Instrucciones generales de seguridad Para evitar riesgos de daños materiales, lesión grave o muerte: 1. Antes de empezar a usar este kit debe leer y comprender bien las presentes instrucciones. 2. Este kit está destinado solamente a personas mayores de 12 años y siempre bajo supervisión de personas adultas, que han leído y entendido las instrucciones proporcionadas en este manual. 3. Es necesario usar herramientas para montar este kit. Hay que prestar la debida atención cuando se están manipulando herramientas para evitar daños personales. 4. Algunas piezas son pequeñas y frágiles: hay que ser muy cuidadoso al manipularlas y al conectarlas para evitar romperlas. Hay que manipular todas las piezas y componentes con cuidado. 2. Descubriendo la energía del viento Conocimiento básico de la tecnología de la energía eólica * Un aerogenerador es un dispositivo que genera electricidad mediante las aspas del rotor unidas por un eje mecánico a un alternador eléctrico. Cuando el viento mueve las aspas del rotor, el eje de la hélice provoca el giro del alternador que produce electricidad (tal como ocurre cuando el motor del coche hace girar el alternador que carga la batería del coche). * La cantidad de energía que es producida por una turbina eólica depende de muchos factores.algunosdeestosfactoressonlaforma,tamañoynúmerodelasaspaselrotor. La potencia de un aerogenerador, en función de la superficie barrida por las aspas del rotor de la turbina, puede ser descrito como sigue: P=0,5xr xaxv 3 5. No se debe utilizar ninguna parte, elemento o componente de los suministrados en este kit para ningún propósito diferente al indicado en este manual. No se debe desmontar ninguna parte, elemento o componente de este kit. 6. Al final de cada uso es necesario vaciar todos los componentes que contengan agua, hidrógeno y oxígeno. 7. Cuando el aerogenerador esté girando, hay que estar muy atento y mantener las manos y el cuerpo lejos de las aspas para evitar lesiones. P=PotenciaenW r = Densidad del aire en kg/m³ (alrededor de kg/m³ al nivel del mar) A = Área de barrido del rotor en m² = Pr ² (r = radio del rotor) v = Velocidad del viento en m/s Eje Generador Veleta 8. Este producto contiene piezas pequeñas. No es apto para menores de 12 años de edad. *Cabe destacar que la potencia es proporcional al cubo de la velocidad del viento y al cuadrado del radio de las aspas del rotor. Si se duplica el radio de las palas del rotor, se cuadruplicará el área de barrido. Aspa Sistema eléctrico Torre Rev Pag: 02/19

3 * La energía eólica despierta cada vez mayor interés. El aumento del número de diseños de aerogeneradores es cada vez más considerable. En general, estas turbinas están compuestas por las mismas partes básicas: una torre, aspas giratorias y engranajes. *Albert Betz fue un físico alemán y un pionero de la tecnología de turbinas eólicas. Betz descubrió que tan sólo se puede captar, como máximo, 16/27 o 0,593 del total de la energía del viento. Este número se llama coeficiente de Betz y es la máxima eficiencia teórica que puede alcanzar un aerogenerador. *En el mundo real, hemos de tener en cuenta que hay muchos otros factores que afectan al rendimiento de los aerogeneradores al convertir la energía eólica en energía eléctrica. La eficiencia de los aerogeneradores se ve afectada por los parámetros del aspa, la eficiencia del generador, las pérdidas mecánicas de los engranajes mecánicos, etc *Si la velocidad del viento disminuye a la mitad (1/2), la potencia generada disminuirá a la octava parte (1/8) de la original. Como un viento suave tiene poca fuerza, recuerde que en los experimentos debe usar un ventilador grande de sobremesa. Se producirá resultados mucho mejores. Cómo convierten ls turbinaas el viento en electricidad? *En general, las turbinas eólicas funcionan por el empuje del viento contra las palas inclinadas. Por consiguiente, usando la energía del viento de una ubicación determinada lograremos el giro de las aspas que, a su vez, provocan el giro de la turbina. Estas aspas convierten esta energía (cinética) del viento (aire en movimiento) en energía mecánica de rotación, ya que están conectadas a un eje de baja velocidad. Dicho eje conecta un sistema de transmisión mediante engranajes, que convierte la rotación de baja velocidad a alta velocidad, apta para la generación de electricidad. Dentro de la caja de engranajes, un gran engranaje de movimiento lento está conectado a un pequeño engranaje que gira rápidamente, el cual impulsa a un generador. Cuando este generador gira produce electricidad. Esta electricidad debe convertirse, mediante un transformador, a la tensión correcta para ser distribuida y transportada hasta su destino. *La eficiencia de los aerogeneradores depende de la velocidad del viento. Si el viento es demasiado fuerte las aspas causan turbulencias que reducen la eficiencia. A gran altura suelen encontrarse generalmente vientes muy fuertes, pero los contornos de tierra alrededor de la turbina puede ayudar a canalizar el movimiento de aire a un lugar determinado. *El viento es difícil de controlar y puede soplar de forma constante o en forma de ráfagas. Debido a la naturaleza plana de las grandes extensiones de agua, allí el viento es más constante y por lo tanto más eficiente (la eficiencia óptima crea oportunidades para la generación de hidrógeno, como veremos más adelante). Esto significa que la correcta colocación de una turbina eólica es vital para el uso eficiente de esta tecnología. *Hay varios tipos de aerogeneradores, diferentes formas y tamaños. Si nos basamos en la posición del eje en el que gira la turbina, podemos clasificarlos en dos tipos: eje vertical y eje horizontal. Las turbinas de eje vertical son menos frecuentes. Cada tipo de turbina eólica tiene sus ventajas y desventajas. El tipo más utilizado para aplicaciones comerciales son los aerogeneradores de eje horizontal (HAWT * Horizontal Axis Wind turbines). Arrastre y aerodinámica *Arrastre se define como la fuerza sobre un objeto que se resiste a su movimiento a través de un fluido. Cuando este fluido es un gas como el aire, la fuerza se llama resistencia aerodinámica, o resistencia del aire. Es muy importante considerar la aerodinámica cuando se estudian las turbinas de viento, pues la resistencia aerodinámica reduce la eficiencia de los aerogeneradores. Como las aspas de la turbina giran con el viento impulsando el eje de accionamiento del motor, la fuerza mecánica que ralentiza el sistema puede reducir la cantidad de energía generada. Por lo tanto, aumentar la eficiencia y reducir la resistencia aerodinámica de las aspas en movimiento es la clave para generar la máxima cantidad de potencia en los aerogeneradores. *Estas son las principales vías para reducir la fricción en los aerogeneradores: -Cambiarelpasooelángulodelasaspas - Usar menor número de aspas - Empleo de materiales ligeros para reducir la masa de las palas - Utilización de superficies lisas en las aspas, pues las superficies ásperas crean más fricción con el aire -Optimizarlaformadelasaspasparaqueseanmásaerodinámicas. Rev Pag: 03/19

4 Manual de instrucciones del mini-aerogenerador incluido en este kit * Esta turbina eólica (aerogenerador) experimental se ha diseñado para aprovechar y demostrar la energía eólica en un entorno de laboratorio. El hidrógeno y el oxígeno producidos con este kit mediante la electrólisis del agua pueden ser utilizados por una célula de combustible para alimentar pequeños dispositivos electrónicos, como un pequeño motor, ventiladores, luces LED, etc. * El aerogenerador incluye un conjunto de seis aspas y una veleta. Con el fin de la captar la máxima energía del viento, deberán ajustarse los parámetros de las aspas. A baja velocidad del viento, se necesita un mayor número de aspas; aspas de tamaño más ancho y más largo van a generar más energía. A altas velocidades del viento, un menor número de aspas y de tamaño más estrecho y más corto será mejor. El objetivo es permitir que el viento haga girar el eje del generador a la máxima velocidad. La veleta ajustará automáticamente la turbina en la dirección del viento, para que pueda captar la máxima energía eólica posible. *También puedes personalizar el Mini-aerogenerador diseñando muy fácilmente tus propias aspas y veletas a partir de hojas de cartulina o de plástico. Tan sólo necesitas tijeras y un sacabocados o un punzón. Pon a trabajar tu imaginación para crear tus propias aspas y veletas. *Nuestro kit opcional C-7120, Horizon Fuel Cell Software Adaptor Kit, que se vende por separado, es una gran complemento que permite monitorizar la salida del miniaerogenerador y medir la intensidad de la corriente, la tensión y las características de potencia. El adaptador de software permite comparar la eficiencia de la instalación según un determinado entorno y en función de la velocidad del viento. Cuanto mayor sealatensióndesalida,máspotenciaseestácaptandodelviento. *Especificaciones del mini-aerogenerador: Potencia (@ velocidad del rotor: 2000 rpm): 1 W Tensióndesalida (@velocidaddelrotor:2000rpm): 10VDC Corriente de salida (@ velocidad del rotor: 2000 rpm): 100 ma DC Tensióndesalida (@velocidaddelrotor:1000rpm): 5VDC Corriente de salida (@ velocidad del rotor: 1000 rpm): 50 ma DC Start-Up (velocidad del viento para el inicio de giro del rotor) :1,6 m/s (3,5 mph) Cut-In (velocidad del viento en la que empieza la generación de electricidad) 2,2 m/s (5 mph) *Puedes modificar el número, tamaño y forma de las aspas o de la veleta para observar los efectos sobre la producción de electricidad del Mini-aerogenerador. Mediante el kit adaptador de software (C-7120) de Horizon, podrás visualizar en en tiempo real los parámetros de la célula de combustible en tu ordenador, o, también puedes hacerlo usando un multímetro estándar. Para obtener más información acerca del kit C-7120, adaptador de software para la células de combustible de Horizon, visita: ; Rev Pag: 04/19

5 2. Introducción a las Células de Combustible de Hidrógeno 3. Lista de componentes A. Hélice impulsora B. Juego de cables con clavijas en ambos extremos C. D. Célula de combustible reversible Depósito de hidrógeno E. Depósito de oxígeno F. Recipientes de gas G. Tubos flexibles H. Tornillos, tuercas, pasador y adaptador I. Portapilas J. Tapones rojos y negros K. Jeringa L. Motor M. Conjunto del cabezal de las aspas N. Cuerpo principal O. Base de apoyo P. Aspas del mini-aerogenerador Q. Mástil del mini-aerogenerador R. Base de los depósitos de agua y gas S. Base de la célula de combustible A B C D E F G H También es necesario los siguientes: (no incluidos en el kit) Tijeras Destornillador estrella, pequeño Dos pilas AA 100 ml de agua destilada o purificada (*) (*) para un uso óptimo es imprescindible utilizar únicamente agua destilada. I J K L M N O P Q R S Rev Pag: 05/19

6 2. Introducción a las Células de Combustible de Hidrógeno 4. Montaje del aerogenerador * Saca del envase tres tuercas (H) y el cabezal de las aspas (M).Separa la base del cabezal y la cubierta de éste. *Instala las aspas (P) en la cara contraria a las tuercas, colocandolas alternativamente en los pivotes de la base (ver 2A). Dependiendo de las condiciones de viento, deberás elegir las aspas cortas o las largas suministradas en este kit. La información relacionada se encuentra en la página 2. Sostén la base con la cara inferior hacia arriba. Inserta las tres tuercas en los orificios alternos de la base (ver la imagen 1A). 2A Una vez colocadas las aspas, coloca la base sobre una superficie plana. Las palas no deben tocar la superficie. Observa bien la imagen para que las aspas queden colocadas en la posición correcta. Si han quedado al revés, sácalas y ponlas mirando hacia el lado contrario. Asegúrate de que las tres tuercas se inserta totalmente en el interior de los agujeros de la base de las aspas y que quedan alineados con la superficie exterior de los agujeros (ver 1B). *Coloca el cabezal para cubrir la base de las aspas (ver 2B). Asegúrate de que los agujeros de los tornillos de la cubierta se alinean con los de la base de las aspas. 1B Asegúrate que has colocado las tuercas en los agujeros alternos(unosiyotrono) (ver 1B). 2B Rev Pag: 06/19

7 2. Introducción a las Células de Combustible de Hidrógeno *Instala los 3 tornillos largos (H) a través de los orificios de la cabeza de la hoja con las tuercas (H) en la parte trasera de la base de las aspas (ver 3A). *Coge el conjunto del cabezal de las aspas y el cuerpo del aerogenerador. Inserta el eje que sobresale del cuerpo en el agujero de la base del cabezal. Aprieta el cabezal para conectarlo al eje del cuerpo principal (ver 4A). 3A 4A *Utiliza un destornillador largo (no incluido) para apretar bien los tornillos (ver 3B). *Cuando aprietes los tornillos asegúrate de que las tuercas están alineadas con la carcasa de plástico. * Asegúrate de presionar constantemente el cabezal al eje mientras giras el cabezal. Comprueba que el conjunto de las aspas está posicionado de forma segura en el eje de la turbina. (ver 4B). 3B 4B Rev Pag: 07/19

8 2. Introducción a las Células de Combustible de Hidrógeno *Introduce el mástil del aerogenerador (Q) en la base (O) (ver 5A). Asegúrate que el taladro lateral del mástil queda alineado con el de la base. *Instala el conjunto montado del aerogenerador en el extremo superior delmástil(ver6a). Asegúralo con el tornillo (H) (ver 6B) 5A *Inserta el pasador de seguridad en el agujero de la base(ver 5B). 6A 5B Asegúrate de que el pin atraviesa totalmente el mástil y la base (ver 5C) 5C 6B Rev Pag: 08/19

9 2. Introducción a las Células de Combustible de Hidrógeno * Conecta los cables a los bornes situados en la parte inferior del aerogenerador. Presiona lateralmente hacia el exterior el botón de cada borne, inserta los extremos de los pequeños conectores de los cables rojo y negro respectivamente. Suelta el botón de seguridad de sujeción de los cables y quedarán conectado a sus respectivos bornes. Verifica que el cable rojo esté conectado en el borne positivo rojo y el cable negro en el borne negativo negro. El aerogenerador ya está preparado para capturar la energía del viento! Rev Pag: 09/19

10 5. Introducción a la célula de combustible reversible La célula de combustible reversible es un dispositivo muy singular, porque tanto es un electrolizador como una célula de combustible, todo ello combinado en un solo dispositivo. Al aplicar una corriente eléctrica, el dispositivo actúa como un electrolizador que produce hidrógeno y oxígeno a partir del agua desionizada. Cuando se aplica una carga, el electrolizador se convierte en una célula de combustible y genera electricidad a partir de hidrógeno. A. La célula reversible funcionando como célula de combustible Una célula de combustible es un dispositivo que puede convertir el hidrógeno en energía eléctrica utilizable. Está compuesta por un conjunto de capas de materiales avanzados, donde el hidrógeno y el oxígeno reaccionan entre sí para generar electricidad y agua, sin ningún tipo de combustión. Para conseguir mayor potencia las células de combustible se agrupan formando una "pila de combustible". Hastaladécadade1960,enlaqueseusaronpilasdecombustibleenlasprimeras misiones a la Luna, no se despertó un serio interés hacia ellas. Aunque todavía hoy las pilasdecombustiblesiguenproveyendodeelectricidadyaguaalasmisiones espaciales, esta tecnología única está destinada a promover una transición mundial hacia las fuentes renovables de energía. Los coches equipados con una pila de combustible que utilizan hidrógeno como combustible son llamados "vehículos de emisión cero". Si los coches con pila de combustible utilizan hidrógeno producido por fuentes de energía renovables, como la solar o eólica, nuestro suministro de combustible sería ilimitado y el consumo de hidrógeno mediante pilas de combustible no crearía ningún residuo ni contaminaría el aire. Célula PEM reversible H 2 O 2 H 2 O Célula PEM reversible Función: Célula de combustible (Vista lateral) e - Ampliación Combustible: H 2 (Hidrógeno) Recirculación del combustible utilizado Placa del campo de energía Electrodo de difusión del gas (Ánodo) Catalizador Circuito eléctrico e e 2H e 2 B. La célula reversible funcionando como electrolizador H H H H e O O O 2 Membrana de intercambio de protones O 2 (Oxígeno) Calor Aire + vapor de agua Placa del campo de energía Electrodo de difusión del gas (Cátodo) Catalizador La electrólisis es el uso de la energía eléctrica para producir un cambio químico. En el ciclo renovable del hidrógeno, la energía eléctrica (a partir de recursos renovables) se utiliza para romper los enlaces entre el hidrógeno y el oxígeno del agua, liberandolos en forma de gases elementales. El hidrógeno es energía renovable "almacenada". Un electrolizador es un dispositivo que facilita la electrólisis del agua para producir hidrógeno en forma de gas. Los electrolizadores más comúnmente utilizados hoy en día generanhidrógenoapresionesrelativamentebajas,desdepresionescomola 6 2 atmosférica hasta 1,38 10 N/m (13,8 bar) y usan un electrolito alcalino líquido (KOH o NaOH). Para poder almacenar grandes cantidades de hidrógeno a tan altas presiones se requiere disponer de recipientes de almacenamiento extremadamente grandes. Una solución para este problema consiste en usar un compresor para incrementar la presión del hidrógeno. Sin embargo, la inversión de energía requerida para presurizar el hidrógeno, así como el mantenimiento de los compresores hace inviable dicha opción para aplicaciones de esta tecnología a gran escala. Además, el trabajo con electrolizadores alcalinos requiere un mantenimiento muy frecuente que incluye la eliminación y la sustitución de electrolitos altamente cáusticos. El nuevo planteamiento de los electrolizadores de agua incluye los Rev Pag: 10/19

11 electrolizadores con membrana de intercambio de protones, uno de los cuales está incluido en este kit ( célula reversible de combustible, (C)). Un electrolizador de membrana de intercambio de protones (PEM) puede ser diseñado para generar hidrógeno electroquímicamente, a presiones de 7 2 1,38 10 N/m o superiores, lo que elimina la necesidad de la compresión mecánica. El electrolizador PEM tiene una membrana de electrolito sólido que tiene una expectativa de vida igual como la del electrolizador. No precisa ningún electrolito fluido alcalino o acidificante cáustico. Otras ventajas adicionales de la electrólisis PEM, respecto la electrólisis alcalina, son las bajas pérdidas de energía parasitaria y la obtención de hidrógeno de pureza superior. Potencialmente la electrólisis PEM es una tecnología simple, sostenible y rentable para generar, comprimir y almacenar hidrógeno. Célula PEM reversible Función: Electrolizador 6. Experimentos Electrólisis del agua utilizando la energía del viento y una célula de combustible como electrolizador. *Inserta la célula de combustible reversible (C) en la ranura situada en la base (S) (ver A). *Corta con unas tijeras dos trozos de 2 cm del tubo de goma largo proporcionado en el kit. Coloca el pequeño tapón de plástico negro en un extremo de unodelosdostubosdegomade2cm. Conecta el tubo corto de goma con el tapón negro en la boquilla de la parte superior de la célula de combustible reversible (boquilla marcada H 2). Conecta el otro tubo corto de goma a la boquilla de la parte superior de la célula de combustible reversible del lado del oxígeno (marcado O 2) (Ver B). A B O 2 H 2 Célula PEM reversible Función: Electrolizador (Vista lateral) Ampliación Electrodo Positivo (Ánodo) Oxígeno (O 2 ) H H O O O Membrana de intercambio de protones de electrolito sólido Electrodo Negativo (Cátodo) Hidrógeno (H 2 ) Electrones y protones se recombinan en el cátodo para formar gas hidrógeno - - 4H + 4e 2H Reacción electrólisis del agua 2H2O 4H + 4e + O2 (tiene lugar en el ánodo) Intercambio de protones a través de la membrana Los electrones fluyen a través del circuito externo Electrólisis usando una célula PEM (Membrana de intercambio de protones) 2 Nota: Para lograr un buen rendimiento de la célula de combustible reversible, es crucial una buena conductividad de los iones. A fin de garantizar la conductividad, la membrana de la célula de combustible reversible necesita ser adecuadamente hidratada. Para ello debes completar los siguientes pasos: *Usa la jeringa (K). Presiona su émbolo para eliminar todo el aire en su interior, luego llénala de agua destilada. *Inserta firmemente la jeringa (K) en el tubo de la boquilla conectado a la parte superior del lado oxígeno (C). Empuja lentamente el émbolo para forzar la entrada de agua en el lado de oxígeno de la célula de combustible reversible (ver C) C Rev Pag: 11/19

12 * Una vez que el agua empiece a salir de la cámara de la célula de combustible reversible (C), deja de empujar el émbolo de la jeringa. Desconecta la jeringa (K) del tubo de la boquilla y tápalo con el tapón rojo. Deja reposar la célula de combustible reversible durante 3 minutos. * Colocalabasedelosdepósitosdeagua(R) conellogotipodehorizonmirandohaciati. * Inserta el depósito de almacenamiento de hidrógeno (D) en una de las ranuras redondas de la base (R) (ver D), gira el depósito ligeramente a la derecha para que queda encajado. D * Con la ayuda de unas tijeras, corta un tramo de tubo de 16 cm de largo. * Conecta un extremo de dicho tramo a la boquilla del contenedor de gas hidrógeno (ver G) G * Inserta el depósito de almacenamiento de oxígeno (E) en la otra ranura ronda de la misma base (ver E), giralo ligeramente a la derecha para que queda encajado. E * Inserta los dos contenedores de gas (F) en el interior de cada uno de los depósitos de hidrógenoyoxígeno(dye)(vereyf). Nota: Hay dos ranuras en la parte inferior de cada uno de los contenedores de gas (F). Estas aberturas permiten escapar gas del interior de los contenedores (F) hacia los contenedores exteriores (D y E), para limitar la cantidad de gas almacenado. Verifica que estas aberturas no están bloqueadasporelbastidordeplásticodel interior de los depósitos (F) en el que encajan loscontenedoresdegas(f). Aprieta la parte superior de los contenedores interiores (F) para asegurarte de que quedan firmementeencajadosenelbordedeplástico delinteriordelosdepósitosde almacenamiento externo (D y E). F * Conecta el otro extremo de este tubo a la boquilla inferior, de lado "Hidrógeno", de la célula de combustible reversible (ver H) H Rev Pag: 12/19

13 * Con la ayuda de las tijeras, corta otro tramo de tubo de 16 cm de largo. * Conecta un extremo de dicho tramo a la boquilla del contenedor de gas oxígeno. Conecta el otro extremo de este tubo a la boquilla inferior, de lado "Oxígeno", de la célula de combustible reversible. (ver I) I * Sacaeltapónrojodeltubocorto,enelladodeoxígenodelacéluladecombustible(ver K). Observa que el agua llena el recipiente interior del oxígeno. Una vez que esté lleno, tapadenuevoeltubocortoconeltapónrojo. * Repite el mismo proceso en el lado del hidrógeno. Si el agua no puede fluir dentro del recipiente interior revisa la página 21, donde se explica como resolver el problema. Usa el aerogenerador para convertir la energía eólica en hidrógeno. * Conectaloscablesrojoynegrodel aerogenerador a la célula de combustible reversible (C). Presta muchaatenciónenlacorrecta polaridad de los cables: la clavija roja debe enchufarse en el zócalo rojo y la clavija negra en el zócalo negro (ver L). Si inviertes los cables, o no los conectas correctamente, la célula de combustible reversible (C) podría sufrir daños irremediables. K * Vierte unos 40 ml de agua destilada o purificada en cada uno de los depósitos de hidrógeno y oxígeno, respectivamente (hasta que el agua alcance la marca superior " 20 " del depósito. (ver J). Nota: El agua para llenar los depósitos no se proporciona en este equipo. Puedes utilizar cualquier otro recipiente de agua, pero asegúrate de que el recipiente que utilizas está bien limpio. J * Sitúa el aerogenerador encarado a un viento fuerte, o, si experimentas en el interior, frente a un ventilador eléctrico colocado sobre una mesa. Si elvientoquesoplanoes suficientemente fuerte usa el ventilador eléctrico. Las aspas del aerogenerador deben girar rápidamente. * Mira de cerca la célula de combustible reversible (C), fíjate como el agua se va desplazando lentamente. Si no hay suficiente viento natural puedes utilizar el viento de un ventilador de sobremesa para realizar la electrólisis. L Rev Pag: 13/19

14 Los cambios en los niveles de agua muestran que se están formando gases en el interior de los recipientes: el hidrógeno se produce en el lado negativo o "cátodo" de la célula de combustible y el oxígeno se produce en el lado positivo o "ánodo" de la célula de combustible. Se producirá el doble de volumen de hidrógeno que de oxígeno. El ciclo de producción de hidrógeno habrá finalizado cuando las burbujas del recipiente interior alcancen la superficie. Cuando las burbujas comienzan a aparecer, desconecta el aerogenerador de la célula de combustible reversible. Actividades: Medición de la producción de hidrógeno y oxígeno Registro de datos de la célula de combustible reversible (funcionando como electrolizador) Volúmenes de gases producidos y sus proporciones Tiempo (min) Volumen de hidrógeno (ml) Volumen de oxígeno (ml) Proporción (volumen hidrógeno y oxígeno) Objetivo de este experimento: Que los estudiantes puedan averiguar por si mismos que el hidrógeno y el oxígeno se producen en la proporción de 2:1. Uso del porta-pilas para realizar la electrólisis, en el caso de falta de viento. * Cogeelporta-pilasincluidoenestekit(I)ycompruebaqueelinterruptorestáenla posición OFF (apagado). Utiliza un destornillador para abrir el porta-pilas vacío. Inserta 2 pilas AA en la posición que se indica en el interior del porta-pilas. A continuación cierra la tapa y aprieta el tornillo. * Conecta la clavija roja del porta-pilas (I) a la hembrilla roja de la célula de combustible reversible (C). Conecta la clavija negra del porta-pilas (I) a la clavija negra de la célula de combustible reversible (C). Asegúrate de que has realizado correctamente la conexión. Cualquier otra forma de conexión dañará permanentemente el módulo de la célula de combustiblereversible(ver conexióncorrectaenlafotodeabajo). * Conecta el interruptor del porta-pilas (posición ON) y observa de cerca como el agua se desplaza en los depósitos de agua (D)ycomienzanaaparecer pequeñas burbujas. Notarás que aparecen más rápido que mediante el uso del aerogenerador, ello es debido a que la potencia de salida del porta-pilas es mayor que el de la turbina eólica. Nota:Antesdeusarel porta-pilas, es necesario leer atentamente y comprender lo indicado en la página 18. Rev Pag: 14/19

15 * En cuanto las burbujas del recipiente interior alcancen la superficie sabrás que el depósito de hidrógeno está lleno y el ciclo de producción ha finalizado. * Unavezquelaproduccióndehidrógenohafinalizado,apagaelinterruptordel porta-pilas. * Encara la hélice impulsora (A) al eje del motor con el adaptador montado. Conecta la hélice al adaptador, asegurándote que ha quedado firmemente fijada. Comprueba que la hélice puede girar libremente. * Desconecta los cables rojo y negro de la célula de combustible reversible y guarda el porta-pilas. * En el siguiente experimento utilizaremos el hidrógeno generado por las pilas para alimentar la célula de combustible reversible y accionar un pequeño ventilador eléctrico. Construye tu propia aplicación accionada por la célula de combustible * Encuantoeldepósitodegasdehidrógeno(F)estéllenodehidrógeno,tendrás una fuente de energía almacenada. Dichaenergíaestarádisponibleparaaplicacionesdepotenciaatravésdelacélula de combustible reversible (C), mediante la función de generador de corriente eléctrica. La célula de combustible reversible (C), actúa como una pila de combustible H 2/O2capaz de alimentar pequeñas aplicaciones eléctricas. El siguiente experimento es un ejemplo de ello. * Saca del envase el pequeño adaptador de plástico (H). Sitúa el agujero pequeño frenteelejedelmotoreinsértaloenelmismo. Asegúrate de que el adaptador ha quedado completamente insertado en el eje (ver fotos abajo) y que el motor puede girar libremente. * Desconecta los cables rojo y negro del aerogenerador. La clavija roja que ha quedado libre y cuyo cable sigue enchufado a la célula de combustible, debes conectarla al enchufe hembra del cable rojo del motor. Conecta también la clavija negra del cable conectado a la célula de combustible al enchufe hembra del cable negro del motor. Asegúrate de que has realizado todas las conexiones correctamente. * Sosteniendo el motor, podrás ver la hélice azul girando rápidamente como un ventilador, consumiendo el hidrógeno y el oxígeno almacenados en los recipientes de gas (ver imagen). Nota: Si la hélice del ventilador deja de funcionar mientras todavía queda hidrógeno en el depósito de gas, significa que el hidrógeno restante en el depósitoyeneltubonoespuroynopuedeser consumido por completo. Puedes desconectar el tapón negro del tubo corto enchufado a la parte de hidrógeno de la célula de combustible. Conecta de nuevo rápidamente el tapón al tubo. A continuación, veráscomoelventiladorseponedenuevoenmarcha (para más detalles, ver última pág). Cuandoyanoquedemásgasdehidrógenoenel recipiente interior, no se podrá producir electricidad. Verás como las aspas del ventilador funcionan lentamente hasta que se detienen definitivamente. Desconectaelcablerojoyelcablenegrodelmotor. Para crear más hidrógeno y oxígeno, repite el Rev Pag: 15/19

16 Maximizar la utilización de hidrógeno y optimizar los tiempos de ejecución Seguramente dentro de la instalación habrá algo de nitrógeno. Será necesario eliminarlo para que las aplicaciones funcionen bien. Para obtener un buen rendimiento del hidrógeno, la clave está en evitar que quede aire (nitrógeno) dentro de la instalación de gas de la célula de combustible de hidrógeno. Para lograr este objetivo, hay que seguir los siguientes pasos. Verificar que el módulo de la célula de combustible reversible y el módulo con los depósitos de almacenamiento están conectados entre sí y el contenedor de la izquierdaeseldehidrógeno.lacarga(elmotor)estáconectadaatodoelsistema. * Ahora debes apretar el tubo corto de la célula de combustible (C) usando el dedo pulgar y el índice, de modo que no pase el aire a través del tubo. Mantén el tubo bien aplastado. * Sin dejar de apretar el tubo, quita el tapón de plástico negro (ver foto A). * Ahora debes reducir, muy lentamente, la presión de los dedos sobre el tubo. Llegará un punto en que el gas comenzará a escaparse (y muy rápidamente). Mientras sueltas el gas del tubo vigila el depósito de hidrógeno para que no se vacíe demasiado. Debes actuar rápida y ágilmente, lo suficiente para liberar sólo una cantidad muy pequeña de gas, luego presiona de nuevo el tubo para que no sigua escapando el gas. * Mantén el tubo aplastado mientras colocas de nuevo el tapón de plástico negro. Una vez que en el tubo esté bien tapado, puedes soltarlo (ver figura B). * Ahora la aplicación (el motor) debería funcionar mejor que antes, ya que algunos gasesimpuroshansidoretirados. A B Notas: 1.Para tener una visión clara de las repercusiones de este proceso en la célula de combustible, recomendamos utilizar el adaptador de software C-7120 (Horizon Fuel Cell Adaptador) para medir el rendimiento de las células de combustible antes y después del proceso de purgado de hidrógeno. 2. El proceso de purgado de hidrógeno puede realizarse en cualquier momento, si la aplicación conectada deja de funcionar a pesar de tener todavía hidrógeno en el recipiente. 3. Al conectar por primera vez la célula de combustible a una carga, es muy recomendableseguirelprocesodepurgadehidrógenoindicadoenlapágina31. Crea tu propia aplicación alimentada con la célula de combustible Utiliza el sistema de almacenamiento de hidrógeno y oxígeno para alimentar las aplicaciones que tu mismo puedas imaginar. Puedes quitar la hélice del ventilador y usar el motor para impulsar cualquier unidad mecánica de tu creación. En el catálogo Cebekit y en encontarás toda clase de accesorios (engranajes, ruedas, poleas, etc). Piensa siempre en diseñar montajes que requiran poca enrgía ya que esto reducirá el gasto de hidrógeno. Estaremos encantados de recibir tus imágenes y los comentarios sobre la evolución de tus aplicaciones. Puedes escribir a sat@fadisel.com Experimentos adicionales: Puedes utilizar el kit adaptador de software C-7120 (Horizon Fuel Cell Adaptador) y visualizar en tu ordenador los parámetros en tiempo real de tus experimentos o para medir el rendimiento de las células de combustible, antes y después del purgado de hidrógeno, para tener una idea clara de las repercusiones de dicho proceso. También puedes usar el kit adaptador de software para llevar a cabo monitorizaciones sistemáticas y experimentos adicionales. Para obtener más información acerca del adaptador de software para la células de combustible de Horizon y los puntos de venta, visita: o Rev Pag: 16/19

17 ADVERTENCIAS 1. Mientras la célula de combustible reversible está produciendo hidrógeno y oxígeno, la membrana se calienta un poco. Se aconseja no producir hidrógeno y oxígeno continuamente durante más de 10 minutos seguidos o la célula de combustible reversible se dañará permanentemente. 2. Después de que la célula de combustible reversible haya estado produciendo hidrógeno y oxígeno continuamente durante casi 10 minutos, debe ser desconectada de la fuente de alimentación. A continuación esnecesarioinyectarunpocodeaguadestiladaopurificadaenelladode oxígeno de la célula, para humedecer la membrana durante unos 3 minutos (ver página 20). 3. Durante la electrólisis, hay que vigilar que no se obturen los tubos de hidrógeno y oxígeno que conectan la célula con los depósitos de hidrógeno y oxígeno. En caso de obturarse, la presión debida al hidrógeno y al oxígeno acumulados dañará la membrana de la célula de combustible. 4. El uso de agua no destilada estropearía los electrodos de la célula de combustible. La célula de combustible usa un catalizador de carbono-platino de escala nanométrica, éstas partículas son muy sensibles a las impurezas que están siempre presentes en el agua no destilada o purificada. 5. Para los fines de este kit educativo dedicado al estudio del hidrógeno y el viento, también se puede utilizar agua potable de alta calidad o agua del grifo con bajo contenido de minerales, sin embargo la vida útil del kit se reducirá. 6. La célula de combustible SOLAMENTE debe hidratarse a través del lado del oxígeno-o2 -(ladopositivo)ynuncaatravésdelladoh.elnohacerloasídará 2 como resultado la obstrucción del flujo de hidrógeno y el fracaso de los experimentos. 7. Consejos para un uso óptimo 1. Utilizar únicamente agua destilada. Cualquier otro tipo de agua contendría sustancias y minerales que podrían contaminar y destruir la célula de combustible. Si la célula de combustible empieza a oxidarse, significa que en los experimentos no se ha usado el agua apropiada (agua destilada). 2. Es necesario asegurarse de que la célula de combustible está bien hidratada antes de iniciar la electrólisis, llenándola de agua mediante la jeringa. 3. Para obtener el máximo rendimiento es necesario haber repetido tres o cuatro veces el proceso completo de electrólisis. Esto es debido al incremento de la hidratación de la membrana PEM de la célula después de un uso repetido. Temperatura ideal de trabajo: 20ºC ~ 30ºC. Antes de continuar con la electrólisis hay que verificar que los depósitos están llenos con agua destilada hasta la marca 20 de los cilindros exteriores. 4. Hace falta comprobar que las pequeñas boquillas de los contenedores de gas no estén obturadas por rebabas de plástico en la parte superior. El hidrógeno y el oxígeno son más ligeros que el agua, por ello fluyen a la parte superior de la cámara de aire, desplazando al agua. Si las pequeñas boquillas están obturadas, se acumulará demasiada presión dentro de la célula de combustible y esto la dañará. 5. Cuando se ha usado la célula de combustible muchas veces, el agua de la parte superior del depósito podría no descender al contenedor interior. Ello es debido a que se ha provocado el vacío en los tubos. Desconectando el tubo de la boquilla superior de la célula de combustible el agua descenderá al interior de contenedor. 6. La célula de combustible al aire libre es muy sensible a compuestos orgánicos volátiles, que afectarán a su rendimiento. Tras utilizar el kit y para evitar la entrada de aire, es muy recomendable guardar la célula dentro de una bolsa de plástico con cierre (tipo Ziploc, Minigrip, etc., como la bolsa del envase original). Esto protegerá la célula de combustible cuando no esté usandose. 7. Es necesario leer cuidadosamente y comprender las instrucciones del portapilas antes de usarlo. Rev Pag: 17/19

18 8. Soluciones a posibles problemas 1. Los niveles de agua no bajan cuando desconecto los tubos de la salida de gas de ambos lados de la célula de combustible. Solución: Compruebasilasranurasdelaparteinferiordelapareddelcontenedor interior están obturadas. Si es así, girar el contenedor interior hasta que el agua entre a través de las ranuras y llene el recipiente interior. 2. La célula de combustible no produce hidrógeno y/o oxígeno Solución 1: Verifica si hay conexiones sueltas y si los cables están correctamente conectados. La célula de combustible puede dañarse irremediablemente si el cable rojo de la alimentación se conecta a la hembrilla negra de la célula de combustible. Solución 2: Asegúrate de que las pilas están insertadas con la polaridad correcta. Solución 3: Cambia las pilas viejas por otras de nuevas 3. El proceso de electrólisis del agua va muy lento Solución 1: Mediante la jeringa, inyecta agua destilada en el lado del oxígeno de la célula de combustible. Aguarda 3 minutos antes de iniciar el proceso de electrólisis. Solución 2: Reemplaza las viejas pilas por dos nuevas pilas alcalinas AA 1,5V. 4. La aplicación no funciona, a pesar de que todavía queda hidrógeno en el depósito. Solución: Saca el tapón negro del tubo corto de la célula de combustible y rápidamente tápalo de nuevo (ver página 31). La aplicación volverá a funcionar. 5. El aspa del aerogenerador no puede girar correctamente o golpea el mástil. Solución: Desmonta las aspas y debes instalarlas en la dirección opuesta, tal como se indica en la página 10. Instruccionesdeusodelporta-pilas 1. Solamente una persona adulta deberá quitar y poner las pilas. Con la ayuda de un destornillador es necesario desenroscar el tornillo que sujeta la cubierta del porta-pilas. Una vez que se ha retirado el tornillo hay que retirar la cubiertayextraerlaspilasconlosdedos.noutilizarningúnobjetodemetal. Al insertar las pilas verificar que la polaridad es la correcta (el extremo positivo de la piladebecoincidirconel"+"yelextremonegativodebecoincidirconel"-",talcomo está indicado en el interior del porta-pilas). Una vez insertadas las pilas correctamente, hay que colocar la cubierta y apretar el tornillo con un destornillador adecuado. 2. Nunca deben recargarse las pilas no recargables. 3. Nunca deben mezclase pilas de diferentes modelos (como las baterías recargables, pilas alcalinas y pilas estándar...), tampoco deben mezclarse pilas nuevas y usadas. Los distintos tipos de pilas deben utilizarse por separado. 4. Nunca insertar los cables del porta-pilas en un enchufe de la red eléctrica. 5. Nunca cortocircuitar los cables del porta-pilas. 6.Noinsertarloscablesrojoynegro(B)enunenchufedelaredeléctrica. 7. Las pilas gastadas deben retirarse del porta-pilas. 6. No se produce hidrógeno cuando se utiliza el aerogenerador en el exterior. Solución: Si el viento no sopla a la velocidad suficiente, no se producirá electricidad. Para realizar la electrólisis utilizando la célula de combustible reversible puedes utilizar unventiladordesobremesa,conectadoalavelocidadmáxima,odeberásesperara realizar el experimento cuando la velocidad del viento sea adecuada. Rev Pag: 18/19

19 Bienvenido a la Era del Hidrógeno! Para conocer otros kits con células de combustible o saber más sobre formas de energía sostenible, ciencia y tecnología en general, de manera divertida y mediante experimentos, CEBEKIT te ofrece una amplia gama de equipos: Energía solar fotovoltaica Energía eólica (aerogeneradores) Energía del hidrógeno (células de combustible) Motores eléctricos Motores de aire caliente (Stirling) Electricidad Electrónica Radio Microcomputadores Robots Mecánica, engranajes, transmisiones,... Termodinámica Óptica Magnetismo Y toda clase de accesorios para realizar fácilmente tus propios inventos www. fadisel.es WEEE IInformación referente a la protección del medio ambiente Cuando este producto ya no esté en uso, no puede ser depositado junto a los residuos domésticos normales, es necesario llevarlo a un punto de recogida selectiva para el reciclaje de aparatos eléctricos y electrónicos. Un símbolo sobre el producto, las instrucciones de uso o el embalaje lo indican. Los materiales son reciclables según están marcados. Si usted practica la reutilización, el reciclaje u otra forma de uso de aparatos viejos está haciendo una importante contribución hacia la protección del medio ambiente. Por favor consulte a su ayuntamiento cuál es el punto de disposición o vertedero apropiado más cercano a su domicilio. Rev Pag: 19/19