Juego de Generación de Hidrógeno con Panel Solar

Transcripción

1 Jugo d Gnración d Hidrógno con Panl Solar Manual dl Usuario Hcho n China

2 Manual dl Usuario Contnido: Modl No.: FCJJ-16 Advrtncia! Para vitar l risgo d daño a propidad, lsions o murt: Est kit stá disñado para prsonas d 12 años y mayors, y sólo bajo la suprvisión d adultos qu hayan lído y comprndan las instruccions n l prsnt Manual dl Usuario. Mantnga a niños mnors d 8 años aljados, ya qu contin pizas pquñas qu pudn sr ingridas. La clda rvrsibl produc gass flamabls. No utilizar l tanqu d hidrógno para ningún otro fin. La las instruccions cuidadosamnt ants d utilizar por primra vz, y manténgalas a la mano para cualquir rfrncia. 1. Instruccions gnrals d sguridad 2. Introducción a las cldas d combustibl d hidrógno 3. Acrca dl Jugo d gnración d hidrógno 4. Lista d componnts 5. Uso d la clda d combustibl rvrsibl 6. Qu s la lctrolisis y como funciona 7. Ensamblaj dl jugo 8. Consjos para una opración optima 9. Solución d problmas p1 p2 p5 p6 p7 p8 p9 p15 p16

3 1. Instruccions gnrals d sguridad Para vitar l risgo d daños, lsions gravs o murt: 1. Lr las instruccions cuidadosamnt ants dl nsamblaj d st kit. 2. Est kit sta disñado para l uso d prsonas d 12 o mas años d dad y bajo la suprvisión d un adulto qu haya lído y ntndido st manual. 3. S pudn utilizar accsorios mintras s sta nsamblando st kit. S dbn d tomar las mdidas ncsarias para vitar lsions. 4. Algunas parts son pquñas y frágils, s db tnr mucho cuidado para vitar qu s rompan. 5. No utilizar ninguna part qu vin incluido n st kit, para ningún otro propósito d los qu s instruyn n st manual. 6. Vaciar toda l agua, d cada componnt Hidrógno y Oxigno dspués d cada uso. 7. Lávs las manos dspués d trabajar con l Kit. 2. Introducción a las cldas d combustibl d hidrógno a) Porqué hidrógno? Nustra civilización consum combustibls fósils 100,000 vcs más rápido d lo qu s pudn volvr a producir, y surgn muchas prguntas acrca d su disponibilidad mundial, sobrtodo ant la crcint dmanda nrgética mundial. Con la incrtidumbr gopolítica n muchos paíss productors d ptrólo y una capacidad insuficint d rfinación d crudo, nustra conomía global s ncuntra bajo prsions importants. El ptrólo s important para l binstar d muchos paíss y por llo las nuvas tcnologías qu pudan aliviar la dpndncia dl crudo importado son stratégicas. Ant considracions d sguridad nacional, muchos cintíficos dl mundo ntro stán xplorando nuvas solucions tcnológicas como las cldas d combustibl d hidrógno. Un tma aun más rlvant s driva dl consumo dl ptrólo mismo. Los combustibls fósils continn carbono, y qumar gasolina n nustros vhículos gnra contaminación tóxica n nustras ciudads y contribuy a la misión d cantidads masivas d dióxido d carbono a nustra atmósfra. La acumulación d dióxido d carbono s la causa dl fcto invrnadro y dl calntaminto global. Por más d 100 años, los humanos hmos qumado cantidads norms d combustibls con carbono, causando un calntaminto d nustra atmósfra. El calntaminto global s manifista hoy n día n tormntas más violntas, dsrtificación dl sulo, ncogiminto d los glaciars y d las capas d hilo polars, cambios n las corrints ocánicas y crcints nivls d los mars. Apnas stamos comnzando a prcibir los fctos. Nustra socidad rquir d un nuvo y rnovabl combustibl, y l hidrógno s la mjor solución a largo plazo. 1 2

4 D hcho, l hidrógno s l lmnto más abundant n l univrso y contin la mayor cantidad d nrgía n rlación a su pso. Est combustibl libr d carbono s pud producir utilizando funts d nrgía tradicionals o rnovabls, como la nrgía ólica o solar. Una vz almacnado, l hidrógno pud sr rtransformado n nrgía n divrsas aplicacions, incluyndo vhículos. Esto significa qu nustros combustibls pudn sr producidos localmnt, y n cantidads ilimitadas. Cuando l hidrógno s consum n la clda d combustibl, los únicos productos son agua y lctricidad. Esta misma agua pud sr utilizada d nuvo para producir hidrógno y oxígno, n un ciclo continuo y natural, sin misions tóxicas. Aun xistn muchos rtos para convrtir sto n ralidad, pro s custión d timpo y d ingnio humano! Combustibl H2(hidrógno) Circuito Eléctrico O 2H2 O2 O2(Oxígno) Calor O Rcirculación d combustibl utilizado Air + Vapor d Agua Placa d campo d fluido Elctrodo d difusión dl gas (Ánodo) Placa d campo d fluido Elctrodo d difusión dl gas (Ánodo) Catalítico Catalítico Mmbrana d intrcambio d protons 3 Alrddor dl mundo, varios proyctos d carrtras d hidrógno s stán dsarrollando y más d 200 stacions d abastciminto ya han sido construidas para abastcr a los primros autos d hidrógno. QUÉ ES UNA CELDA DE COMBUSTIBLE Y CÓMO FUNCIONA? Una clda d combustibl s un aparato qu pud convrtir hidrógno n nrgía léctrica utilizabl. La clda d combustibl s un nsamblaj d capas d matrials avanzados n dond l hidrógno y l oxígno hacn racción para gnrar lctricidad y agua, sin combustión alguna. El intrés n las cldas d combustibl inició n los años 1960, cuando s utilizaron como funt d nrgía para las primras misions humanas a la luna. Aunqu las cldas d combustibl aun provn agua y lctricidad para las misions spacials actuals, sta tcnología ahora busca promovr una transición global a las funts d nrgía rnovabl. Si los autos d cldas d combustibl utilizaran hidrógno producido por funts rnovabls d nrgía, como l sol o l vinto, nustra funt d combustibls sría ilimitada, y l consumo d hidrógno a través d cldas d combustibl no craría contaminación. 4

5 3. Acrca dl Jugo d gnración d hidrógno Est jugo dmustra los principios d la química y la física, xprimntando al dividir l agua n sus lmntos básicos utilizando la luz solar mdiant un panl fotovoltaico. Obsrv l procso inicial d la lctrolisis (Va la pagina 8 para mayor información sobr la lctrolisis) utilizando la clda rvrsibl habilitando la producción y almacnaminto d hidrógno y oxigno. Aprnda como l hidrógno pud sr utilizado como un conductor d nrgía rnovabl y dar podr a muchas aplicacions a través d la tcnología d cldas d combustibl). Est jugo prov una xclnt oportunidad para aprndr más sobr nrgía rnovabl. Va como la nrgía rnovabl pud sr producida, almacnada y rutilizada n toda clas d aplicacions y como l hidrógno pud sr l vínculo ntr funts naturals d podr y aparatos qu la consuman, utilizando la tcnología d cldas d combustibl. Disfrut st jugo ducativo cintífico y cominza a construir tu propio mundo impulsado por hidrógno! Espcificacions dl panl solar: Dimnsions: 125mm x 155mm x 8mm Voltaj (n l punto optimo d podr) 2.2V D.C. Corrint (n l punto máximo d podr) 1.1mA NOTA: Los datos dl modulo solar stán basados n condicions stándar (1,000W/m2, 25 C) 4. Lista d componnts A. Panl Solar d 1W B. Cabls con dobl conxión C. Clda d combustibl rvrsibl D. Tanqu d hidrógno E. Tanqu d oxigno F. Contndors d gas G. Tubo d hul d 16cm H. Tubo d hul d 30cm I. Tapons J. Jringa K. Motor También s ncsitara lo siguint (no incluidos n st jugo): - Tijras ml. d agua dstilada* *S rcominda agua dstilada para obtnr condicions d opración óptimas. El agua dstilada s consigu n cualquir suprmrcado. A B C D E F H I J G K 5 6

6 5. Uso d la clda d combustibl rvrsibl La clda d combustibl rvrsibl s única ya qu funciona como lctrolizador y como clda d combustibl pro n un solo aparato. Al aplicar una corrint léctrica, l aparato actúa como lctrolizador qu produc hidrógno y oxigno dl agua. Al aplicar una carga, l lctrolizador s convirt n una clda d combustibl qu convirt l hidrógno n nrgía léctrica. Es prfcto para laboratorios d cincias n sculas, uso n salons d clas y para dmostracions. La función dl lctrolizador también pud funcionar con podr producido por pquñas cldas solars o turbinas d vinto. Dimnsions: 54mm x 54mm x 17mm Pso total 69.7 gramos FUNCIÓN DEL ELECTROLIZADOR Voltaj d ntrada : 1.7V 2V (D.C) (No xcdr d 2.5V, ya qu sto pud dañar prmanntmnt a la clda) Corrint d ntrada: 0.7A a 2V Rango d producción d hidrógno: 5ml/min Rango d producción d oxigno: 2.5ml/min FUNCIÓN DE LA CELDA DE COMBUSTIBLE Voltaj d salida: 0.6V (DC) Corrint d salida: 500MA Podr: 300MW 6. Qu s la lctrolisis y como funciona La lctrolisis s l uso d nrgía léctrica para producir un cambio químico. En l ciclo d hidrógno rnovabl, la nrgía léctrica (xtraída d rcursos rnovabls) s utilizada para dsintgrar las moléculas d hidrógno y oxigno dl agua, dsprndiéndolos n forma d gass lmntals. El hidrógno s almacnado nrgía rnovabl. El lctrolizador s un aparato qu facilita la lctrolisis dl agua para producir hidrógno n forma d gas. Los lctrolizadors usados hoy n día, gnran hidrógno rlativamnt a una prsión baja (casi dsd la prsión atmosférica hasta 200 libras por pulgada cuadrada) y utilizan un líquido lctrolito alcalino (KOH o NaOH). A stas prsions, l almacnaminto d grands cantidads d hidrógno rquir tanqus d almacnaminto muy grands. Una solución a st problma s utilizar una comprsora para incrmntar la prsión dl hidrógno. Sin mbargo la nrgía invrtida para prsurizar l hidrógno, así como l mantniminto d los comprsors para prsurizar l hidrógno, hacn incostabl sta tcnología para l almacnaminto a gran scala. Mas allá, la opración d lctrolizadors alcalinos rquirn d mantniminto frcunt qu incluy l tirar y rponr l lctrolito altamnt cáustico. Nuvos acrcamintos a la lctrolisis hcha a partir dl agua, incluyn lctrolizadors con mmbrana d intrcambio protónico dl cual uno sta incluido n st jugo (part C). Un lctrolizador d mmbrana d intrcambio protónico (PEM por sus siglas n ingls), pud sr disñado para gnrar hidrógno d manra lctroquímica a prsions d 2,000 psi o mayors y liminando l uso d comprsions mcánicas. Un lctrolizador PEM utiliza una mmbrana sólida y s pud sprar qu tnga la misma vida qu l lctrolizador. No s rquir utilizar ningún lctrolito alcalino o d fluido acido. Existn vntajas adicionals d los lctrolizadors PEM sobr los alcalinos como pud sr una mnor prdida d nrgía y una mayor purza dl hidrógno gnrado. La lctrolisis PEM s una tcnología potncialmnt simpl, sostnibl y fctiva n costos para gnrar, comprimir y almacnar hidrógno. 7 8

7 7. Ensamblaj dl jugo a) Como prparar la clda rvrsibl para la lctrolisis Paso 1 Coloqu la clda rvrsibl (c) d manra qu la ntrada ngra va hacia ustd. Paso 2 Utilizando unas tijras (no incluidas) tom l tubo d hul (H) y cort 2 pizas d 2cm d largo. Ponga al lado l rsto dl tubo d hul. Paso 3 Ponr l tapón ngro (I) dntro d uno d los tubos d hul rcién cortados, Insrt l tubo d hul corto con l tapón ngro n la ntrada suprior izquirda dl lado ngro d la clda d combustibl rvrsibl. Paso 4 Ponr l tapón rojo (I) dntro dl otro tubo d hul, Insrt l tubo d hul corto con l tapón rojo n la ntrada suprior izquirda dl lado rojo d la clda d combustibl rvrsibl. Paso 5 Tom ahora l tanqu d hidrógno (D) l tanqu d oxigno (E) y los contndors d gas (F) sáqulos d su bolsa y colóqulos n una suprfici plana. Vrifiqu qu los tubos d hul d 16cm stén bin introducidos a los contndors d gas (F). Paso 6 En los lados dl tanqu d hidrógno (D) y d oxigno (E) hay una marca d volumn, llénlos con agua dstilada hasta la lína cro (0). Paso 7 Los contndors d gas (F) tinn dos ranuras, stas aprturas prmitn qu l gas scap, prvinindo cualquir prsión qu s puda formar al hacr la lctrolisis. Asgur los contndors al tanqu d hidrógno (D) y d oxigno (E) chcar d qu las ranuras no stén bloquadas y qu los contndors d gas (F) stén llnos d agua dstilada. Paso 8 Coloqu l tanqu d hidrógno (D) junto a la clda rvrsibl (C) dl lado ngro d la clda. Conct l tubo d hul d 16cm (G) dl contndor d gas (F) dntro dl tanqu d hidrógno (D) a la ntrada infrior drcha dl lado ngro d la clda rvrsibl. Paso 9 Coloqu l tanqu d oxigno (E) junto a la clda rvrsibl (C) dl lado rojo d la clda. Conct l tubo d hul d 16cm (G) dl contndor d gas (F) dntro dl tanqu d oxigno (E) a la ntrada infrior drcha dl lado rojo d la clda rvrsibl. 9 10

8 Paso 10 Tom la jringa (J) asgúrs d qu no tnga nada d air adntro. La clda rvrsibl sta lista para sr hidratada. La hidratación s muy important ya qu l procso introduc agua a la clda y prmit qu la mmbrana la absorba. Mintras la lctrolisis sta n procso, l agua db star prsnt ya qu si no la mmbrana pud scars y la clda pud sr dañada d manra prmannt. Paso 11 Acérqus a la clda d combustibl (D), rmuva l tapón rojo (I) dl tubo d hul d 2cm localizado n la ntrada suprior izquirda dl lado rojo insrt la jringa (J) firmmnt n l tubo d hul. Jal lntamnt para qu l agua dstilada qu sta n l tanqu d oxigno pas por l tubo d hul d 16cm (G) llnando l lado dl oxigno d la clda (D). Dj d jalar n cuanto va agua ntrando a la jringa (J). Dsconct la jringa (J) dl tubo d hul d 2cm y vulva a ponr l tapón rojo (I). b) La clda rvrsibl (C) sta lista para qu l panl solar sa colocado a la luz dl sol y sa conctado. Paso1 Conct l cabl rojo (B) n la conxión roja y l cabl ngro (B) n la conxión ngra d la clda solar y los otros xtrmos n la part roja y ngra d la clda d combustibl(c). Vrifiqu qu las conxions san las corrctas ya qu si no lo son la clda pud sr dañada prmanntmnt. Paso 2 Obsrv d crca a la clda rvrsibl (C) s formaran burbujas adntro. Los gass s mpizan a almacnar n los contndors d gass. Hidrógno n l tanqu d hidrógno (D) y oxigno n l tanqu d oxigno (E), dsplazando l agua d los contndors hacia l tanqu d hidrógno (D) y d oxigno (E) provocando qu l nivl dl agua suba n ambos tanqus. Paso 3 El panl solar (A) sta convirtindo la nrgía solar n nrgía léctrica, nviándola a la clda rvrsibl (C). Con la lctricidad la clda rvrsibl (C) sta actuando como un lctrolizador sindo capaz d sparar agua (H2O) n oxigno (O2) y hidrógno (H2). 11 Paso 12 Dja rposar la clda por 5 minutos para qu la mmbrana absorba l agua dstilada. 12

9 Paso4 La producción d hidrógno sra 2 vcs mayor a la d oxigno, obsrv l tanqu d hidrógno ( D) y cuando va salir burbujas d las abrturas dl contndor d gas, (F) sto quir dcir qu l contndor d gas (F) sta llno. Paso5 Dsconct l panl solar (A) d la clda rvrsibl (C) dsconctando los cabls (B) d las ntradas d la clda solar. Construya su aplicación con clda d combustibl 2. Ponga la piza d papl n la cubirta dl motor (figuras a y b). a 3. Conct l cabl libr ngro (B) n la ntrada hmbra ngra y l cabl rojo n la ntrada hmbra roja. 4. Ahora vra a la piza d papl dando vultas rápidamnt, consumindo l hidrógno y l oxigno almacnado n los contndors d gas (figuras c y d) b Una vz qu l contndor d gas (F) d hidrógno sta llno d hidrógno, ahora tnmos una funt d nrgía almacnada qu nos prmit dar podr a cualquir aplicación mdiant la clda d combustibl rvrsibl (C). La clda rvrsibl (C) actuara como una clda H2/O2 y podrá dar podr a pquñas aplicacions. Va los siguints xprimntos como un jmplo. 1. Cort una pquña piza d papl utilizando las tijras (no incluidas), haga un hoyo con un alfilr n l cntro dl papl. c d Cuando s acab l hidrógno n l contndor ya no s pud producir lctricidad, ntoncs vra al papl girar dspacio hasta qu s dtnga por complto. Para crar más hidrógno rgrs a la scción 7 nsamblaj dl jugo y rpita todos los pasos

10 8. Consjos para una opración optima. 1. Asgúrs d utilizar solo agua dstilada. Otro tipo d agua contin substancias y minrals qu pudn contaminar y dstruir la clda d combustibl. Si ustd nota qu la clda d combustibl mpiza a corrors, sto indica qu no s utilizo agua dstilada para sus xprimntos. 2. Asgúrs d qu la clda d combustibl st bin hidratada ants d mpzar la lctrolisis, llnándola con agua utilizando la jringa. 3. Tndrá un mjor rndiminto cuando l procso d la lctrolisis sa rptido íntgramnt d 3 a 4 vcs. Esto s db al incrmnto d la hidratación d la mmbrana PEM n la clda d combustibl dspués d un uso rptido. La tmpratura d opración optima s d 20 C-30 C. Asgúrs qu l cilindro xtrior st llno d agua dstilada hasta la marca 0ml ants d procdr con la lctrolisis. 4. Asgúrs qu las ranuras d los cilindros intriors no stén bloquadas por los rils d plástico n la part infrior d los cilindros xtriors. El hidrógno y l oxigno son mas ligros qu l agua, ntoncs fluyn hacia la part suprior dl tubo intrno, dsplazando al agua. Si stas ranuras stán tapadas por los rils, s jrcrá mucha prsión dntro d la clda d combustibl y sto podrá dañarla. 9. Solución d problmas 1. Los nivls dl agua no bajan cuando los tapons ngro y rojo qu stán n la clda d combustibl no stán pustos n los tubos d hul cortos. Solución: Chcar qu las ranuras d los cilindros intriors no stén bloquadas por los rils d plástico d los cilindros xtriors. 2. El lctrolizador no produc hidrógno y/o oxigno. Solución: Chcar si los cabls stán bin conctados y si todo sta bin conctado. La clda d combustibl pud sr compltamnt dstruida si l cabl rojo dl cargador d batrías s conctado n l polo ngro d la clda d combustibl. 3. El procso d lctrolisis s hac más lnto. Solución: Agrgar agua n l lado dl oxigno n la clda d combustibl, sprar aproximadamnt 5 minutos. 5. Cuando la clda d combustibl s ha utilizado muchas vcs, l agua n la part suprior dl cilindro xtrior pud no dscndr al cilindro intrior. Esto s db a qu s ha crado un vació n l tubo. Dsconctar l tubo d la ntrada suprior d la clda d combustibl y l agua dscndrá apropiadamnt al cilindro intrior. Para cualquir consulta adicional, favor d scribir a support@horizonfulcll.com 6. Cuando s acab d utilizar l jugo, s rcominda ampliamnt ponr la clda d combustibl n una bolsa d plástico sllada contra l air, como una bolsa Ziploc. Esto 4 protgrá a la clda d combustibl, mintras no s st utilizando l jugo