Celda de combustible
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===La celda de combustible===
Una celda de combustible es un dispositivo electroquímico cuyo concepto es similar al de una batería. Consiste en la producción de electricidad mediante el uso de químicos, que usualmente son hidrógeno y oxígeno, donde el hidrógeno actúa como elemento combustible, y el oxígeno es obtenido directamente del aire.También pueden ser usados otros tipos de combustibles que contengan hidrógeno en su molécula, tales como el gas metano, metanol, etanol, gasolina o diesel entre otros. Debido a que la generación de energía eléctrica es directa, la eficiencia que alcanza una celda de combustible puede ser muy elevada, además al no tener partes en movimiento son muy silenciosas. Sumado a todo esto hay que agregar que la celda de combustible no usa la combustión como mecanismo de generación de energía, lo que la hace prácticamente libre de contaminación.
Las celdas de combustible individuales pueden combinarse para producir motores más potentes impulsados por ejemplo a hidrógeno. Pueden ser fabricadas de distintos tamaños y para distintas aplicaciones que van desde su uso en telefonía celular, hasta el uso de éstas para impulsar automóviles.
Sumario
Funcionamiento
El funcionamiento de una celda de combustible consiste básicamente en la oxidación del hidrógeno en agua, generando energía eléctrica y calor directamente, sin pasar por generadores u otros artefactos. Toda celda de combustible está compuesta por un ánodo, un cátodo y electrolitos.
Sin embargo, siendo la oxidación del hidrógeno igual para todos los tipos de celdas de combustible, los materiales usados en éstas son muy variados. La reacción producida da lugar a la formación de electricidad, calor y agua. Esto se logra alimentando el hidrógeno en el ánodo de la celda y el oxigeno en el cátodo, los cuales están separados por una membrana electrolítica.La reacción se produce dentro de la celda misma.
La producción de agua toma lugar en distintas partes de la celda dependiendo del electrolito utilizado. El hidrógeno fluye hacia el ánodo de la celda, donde una cubierta de platino ayuda a quitar los electrones a los átomos de hidrógeno dejándolo ionizado, o
Tipos de celdas de combustible
- Ácido Fosfórico (PAFC)
Temperatura de operación: ~ 220 °C Este es el tipo de celda de combustible más desarrollado a nivel comercial y ya se encuentra en uso en aplicaciones tan diversas como clínicas, hospitales, hoteles, edificios de oficinas, escuelas, plantas eléctricas y una terminal aeroportuaria. Las celdas de combustible de ácido fosfórico generan electricidad a más del 40% de eficiencia - y cerca del 85% si el vapor que ésta produce es empleado en cogeneración - comparado con el 30% de la más eficiente máquina de combustión interna. Este tipo de celdas puede ser usado en vehículos grandes como autobuses y locomotoras. Existen en producción comercial unidades de alrededor de 200kw.
- Polímero Sólido (PEM)
Temperatura de operación: 50 - 100 °C Tienen una densidad de potencia alta, pueden variar su salida para satisfacer cambios en la demanda de potencia y son adecuadas para aplicaciones donde se requiere una demanda inicial de energía bastante importante, tal como en el caso de automóviles, de acuerdo con el Departamento de Energía de los Estados Unidos, "son los principales candidatos para vehículos ligeros, edificios y potencialmente otras aplicaciones mucho más pequeñas tales como baterías recargables para videocámaras por ejemplo.
- Carbonato Fundido (MCFC)
Temperatura de operación: ~ 600 °C Las celdas de combustible de carbonato fundido prometen altas eficiencias combustible-electricidad y la habilidad para consumir combustibles a base de carbón. En este tipo de celdas es aprovechada la electricidad y el calor generado.
- Oxido Sólido (SOFC)
Temperatura de operación: 500 - 1000 °C Es una celda de combustible altamente prometedora, podría ser utilizada en aplicaciones grandes de alta potencia incluyendo estaciones de generación de energía eléctrica a gran escala e industrial. Algunas organizaciones que desarrollan este tipo de celdas de combustible también prevén el uso de éstas en vehículos motores. Las unidades que se abrigan van desde 25 hasta 100kw de potencia. Un sistema de óxido sólido normalmente utiliza un material duro cerámico en lugar de un electrolito líquido permitiendo que la temperatura de operación sea muy elevada. Las eficiencias de generación de potencia pueden alcanzar un 60%.
- Alcalinas
Temperatura de operación: 50 - 250 °C Utilizadas desde hace mucho tiempo por la NASA en misiones espaciales, este tipo de celdas pueden alcanzar eficiencias de generación eléctrica de hasta un 70%. Estas celdas utilizan hidróxido de potasio como electrolito. Hasta hace poco tiempo eran demasiado costosas para aplicaciones comerciales pero varias compañías están examinando la forma de reducir los costos y mejorar la flexibilidad en su operación.
La transmisión: ¿monopolio natural o mercado de competencia?
Como ya hemos mencionado y amplia bibliografía especializada demuestra, la transmisión de los SEP han constituido hasta el presente monopolios naturales. En los procesos de cambio regulatorios en que los mercados eléctricos están insertos, las regulaciones se enfrentan a la compleja tarea de regular un monopolio natural. Particularmente, la complejidad también es magnificada por el hecho que la evolución tecnológica puede desarrollar fuerzas que hagan desaparecer o resentir los factores "naturales" que determinan la existencia de un monopolio. Por otra parte, cuando la orientación se propone en asignar a la existencia de competencia un valor preponderante en la asignación eficiente de recursos, los marcos regulatorios deben permitir aparecer aquellas fuerzas con la intensidad que le corresponda y no mitigarlas con normativas rígidas que atrofien la existencia ficticia de un monopolio. Resulta entonces muy importante detectar y definir con precisión cuál es el factor principal que hace que una empresa deba ser catalogada como monopolio natural. En términos teóricos, debemos detectar qué hace que los costos medios de la empresa, en el rango de producción esperado sean monótonamente decrecientes. Esto por el lado de la oferta, mientras que por el lado de la demanda debemos detectar la razón que hace aparecer demanda cautiva para ese monopolio. Para el caso del sector Transmisión, la respuesta a las interrogantes anteriores no han generado mucho debate. El alto impacto de los costos fijos frente a los variables, y la rigidez de aquellos para amplios rangos de producción kW transmitidos es lo que hacen que los costos medios sean decrecientes. Además, estos costos fijos son en su gran mayoría irreversibles, por lo que entonces son costos hundidos, que imponen restricciones a la entrada de competencia por el lado de la oferta. Por el lado de la demanda, tal como se explicó al principio, la totalidad de la generación compuesta por grandes generadores, se instalaron en el sistema de transmisión. Por lo tanto, cualquier usuario que pretenda vender o comprar energía eléctrica necesita ser usuario de la transmisión, es decir, es cautivo de la misma. Pero, por otra parte, la característica principal de la GD es que ofrece una alternativa, viable y competitiva, para que un usuario utilice energía eléctrica sin tener necesariamente que ser usuario de la transmisión. Al agregarse este efecto, el transmisor tiende a perder su demanda cautiva, por lo tanto, pierde uno de los factores naturales que lo hacían monopolio. En estas condiciones, tiende a perder validez la determinación regulada y aislada del precio del transportista. Es más, de pretender administrar el precio, fijándolo a priori, en términos teóricos el sistema deberá tender a ajustar por cantidad demandada al transportista. En efecto, supongamos que lo fijáramos alto, esto tiende a una subida del precio de la energía en los nodos de conexión con distribución. Pero esto lleva a un aumento de oferta en GD, que se torna más competitiva, lo que hace finalmente disminuir la energía que proviene de la transmisión ajustando así la cantidad al nuevo precio.
Fuente
- www2.ing.puc.cl/power/alumno03/alternativa.htm
