Manual del Usuario - hidro
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1. Horizon Fuel Cell Technologies Manual del Usuario Recomendado para 12 a os y mayores www horizonfuelcell com Auto Kit Cient fico con celda de combustible de Hidrogeno CE Modelo No FCJJ 11 Advertencia Este Kit debe ser utilizado por personas a partir de 12 a os de edad siempre bajo la supervisi n de un adulto que se haya familiarizado con las instrucciones generales de seguridad descritas en este Kit Mantener a ni os peque os y a animales alejados de este Kit ya que contiene partes peque as que pueden ser injeridas La celda de combustible genera gases que pudieran ser flamables Lea las instrucciones antes de usar este Kit y t ngalas a la mano Manual del Usuario y gu a de Experimentos Tabla de Contenidos pl p2 po p6 p8 p12 6 Operaci n p13 7 Consejos para una optima operaci n 014 8 Problemas posibles 1 Instrucciones generales de seguridad 2 Introducci n a las celdas de combustible de hidrogeno 3 Lista de componentes 4 Ensamble del auto kit 5 Electrolisis creando Hidrogeno del agua 1 Instrucciones generales de seguridad Este kit lo proveer con una experiencia de como los veh culos del futuro pueden integrar este revolucionario sistema de combustible que es a su vez amigable para el medio ambiente Siguiendo con atenci n estas instrucciones b sicas de seguridad ni os a partir de 12 a os de edad pueden utilizar este kit de manera segura 1 Leer las instrucciones cuidad2. Este kit contiene una celda de combustible reversible MIP MIP se refiere a Membrana de Intercambio de Protones la membrana que separa el lado del oxigeno del lado del hidrogeno de la celda y act a como un electrolito La funci n reversible quiere decir que la celda puede operar como un electrolizador para producir Hidrogeno H2 y Oxigeno O2 de agua H20 y como una celda de combustible para convertir la energ a qu mica del Hidrogeno en electricidad La celda de combustible MIP convierte la energ a qu mica del Hidrogeno y del Oxigeno en energ a el ctrica El Hidrogeno H2 entra en los canales de una cara de la celda mientras ocurre lo mismo con el oxigeno O2 dentro de la cara opuesta de la celda Habilitado por un catalizador de platino localizado en la membrana el hidrogeno se oxida en ones de hidrogeno positivamente cargados cediendo sus electrones al electrodo vecino mediante esto se convierte en el nodo Esto construido por carga negativa luego sigue el patr n de una resistencia menor v a el circuito externo hacia el otro electrodo el c todo Es esta afluencia de electrones a trav s de un circuito lo que crea la electricidad Mientras la corriente el ctrica comienza a fluir los iones del hidrogeno pasan a trav s de la membrana del nodo hacia el c todo Cuando los electrones regresan de hacer su trabajo como dar poder a un motor el ctrico estos reaccionan con el oxigeno y los iones del hidrogeno en el c todo para
3. n optimas tambi n se puede utilizar agua para beber o agua de la llave El agua destilada se consigue en cualquier supermercado 4 Ensamblado del auto kit Paso 1 Presionar cada rueda d En los 4 agujeros del chasis hasta que oiga un ruido de que entraron Paso 2 Presion la cubierta del motor angel en el chasis h sobre el motor el ctrico Paso 3 Utilizar las tijeras para cortar 2 tubos de hule de 4 cm del tubo de hule largo incluido en este kit Poner el tap n rojo dentro de uno de los tubos de hule de 4 cm y el tap n negro en el otro de 4 cm Estos 2 tubos de hule cortos de convierten en la parte C del kit Cortar lo que queda del resto del tubo de hule largo en 2 piezas iguales Estas 2 piezas largas se utilizaran como la parte I del kit Paso 4 Inserte el tubo de hule corto con el tap n negro en la entrada superior de la celda de combustible en el lado del hidrogeno marcada H2 y el otro con el tap n rojo en el lado del oxigeno marcada O2 Remover los tapones de los 2 tubos de hule cortos Paso 5 Insertar la celda de combustible G con los 2 tubos de hule cortos C en el espacio rectangular del chasis h Checar que los 2 tubos de hule cortos C extendidos de la celda de combustible G no toquen las ruedas Step 7 Step 8 Paso 6 Una buena conductividad de ones es critica para el funcionamiento ptimo de la celda de combustible Para asegurar una buena conductividad la membrana de la cel
4. formar agua y calor La cantidad de corriente producida en una celda de combustible depende del rea activa de la membrana cubierta por un catalizador MEA Para incrementar la cantidad de poder requerido el tama o de la MEA se incrementa Para incrementar el voltaje se unen varias celdas de combustible La reacci n qu mica puede resumirse de la manera siguiente Reacci n del Anodo 2H gt 4H 4e Reacci n del Catodo O 4H 4e gt 2H 0 Circuito El ctrico Eficiencia 40 60 eS wa es eS Combustible H Hidrogeno 2 a gt O Oxigeno del aire Recirculaci n de Combustible Usado lt Aire Vapor de Agua Placa de campo de fluido gt Placa de campo de fluido Electrodo de difusi n de Gas C todo Catalizador Electrodo de difusi n de Gas nodo Catalizador Membrana de intercambio de Protones 3 Lista de componentes A Cubierta del motor B Jeringa C Tubos de hule cortos ver capitulo 4 paso 3 D Ruedas E Cargador de bater as F Conductores met licos de la fuente de poder G Celda de combustible H Chasis con luces LED y motor el ctrico Tubos de hule largos ver capitulo 4 paso 3 J Cilindros interiores K Cilindros exteriores Tambi n se necesitara lo siguiente no incluidos en este auto kit 2 bater as AA se recomienda que sean alcalinas Tijeras 100 ml de agua destilada Se recomienda agua destilada para obtener condiciones de operaci
5. muchas preguntas acerca de cuanto tiempo nos duraran nuestras reservas de emerg a convencional La manera tan r pida de c mo se est n acabando las reservas de estos combustibles as como las necesidades crecientes de energ a en pa ses tan poblados como China y India quiere decir que los precios de la energ a subir n inevitablemente por encima de los de hoy Desde un punto de vista ambiental ista el problema es aun mayor Los da os de los bastos sistemas econ micos y los nuevos cambios clim ticos resultantes del calenta miento global los incrementos en el c ncer pulmonar son el precio ltimo que pagamos por utilizar combustibles basados en carb n El acceso a futuras clases de energ a es la preocupaci n central para todos los pa ses del mundo Se est n intensificando los esfuerzos para encontrar nuevas maneras que puedan solventar nuestra creciente necesidad de energ a y a su vez crear un ambiente sano para el futuro de nuestro planeta Un combustible alternativo el Hidr geno esta emergiendo como una soluci n de largo plazo a la mayor a de nuestros problemas Es no toxico limpio para usar y tiene mucho mas energ a por unidad de peso que ning n otro elemento conocido Tambi n es el menos complejo y el mas abundante en nuestro universo Utilizando un dispositivo llamado celda de combustible la energ a qu mica del hidrogeno se puede convertir en energ a el ctrica utilizable Hoy el hidrogeno y las celdas de combustible est n
6. pronosticadas para jugar un rol critico en una infraestructura energ tica revolucionaria la que puede suplir de poder desde a autom viles casas como a todos los aparatos electr nicos En los a os por venir empezaremos a ver nuestra econom a energ tica centrada en combustibles f siles lentamente dando paso a lo que hoy se empieza a conocer como Econom a de Hidrogeno Cient ficos y ingenieros de todas partes del mundo entraron en una carrera contra el tiempo para resolver numerosos asuntos t cnicos y de comercializaci n para las celdas de combustible de hidrogeno Muchas compa as automotrices incluyendo a General Motors Ford Toyota Honda y otros est n desarrollando autom viles que funcionen a trav s de celdas de combustible de hidrogeno A su vez las compa as petroleras est n desarrollando la manera para servir a las primeras flotillas de autom viles con celdas de combustible con estaciones de servicio de hidrogeno Nuevas compa as se est n formando para participar en lo que esta pronosticado a convertirse en una industria de un trill n de d lares dentro de 20 a 30 a os Con este kit usted puede armar y operar propio auto que funciona a base de hidrogeno y poder apreciar como funciona esta tecnologia que cambiara al mundo Usted realizara el potencial de cambio y afortunadamente podr unirse a la comunidad cient fica mundial en hacer el sue o del hidrogeno una realidad b Como funciona la celda de combustible
7. solo el cargador de bater as incluido en este kit y compre 2 bater as tama o AA que sean preferentemente alcalinas Aseg rese de que la celda de combustible este bien hidratada antes de empezar la electrolisis llen ndola con agua utilizando la jeringa Tendr un mejor rendimiento cuando el proceso de la electrolisis sea repetido ntegramente de 3 a 4 veces Esto se debe al incremento de la hidrataci n de la membrana MIP en la celda de combustible despu s de un uso repetido La temperatura de operaci n optima es de 20 C 30 C Aseg rese que el cilindro exterior este lleno de agua destilada hasta la marca Oml antes de proceder con la electrolisis Aseg rese que las ranuras de los cilindros interiores no est n bloqueadas por los rieles de pl stico en la parte inferior de los cilindros exteriores El hidrogeno y el oxigeno son mas ligeros que el agua entonces fluyen hacia la parte superior del tubo interno desplazando al agua Si estas ranuras est n tapadas por los rieles se ejercer mucha presi n dentro de la celda de combustible y esto podr da arla Cuando la celda de combustible se ha utilizado muchas veces el agua en la parte superior del cilindro exterior puede no descender al cilindro interior Esto se debe a que se ha creado un vaci en el tubo Desconectar el tubo de la entrada superior de la celda de combustible y el agua descender apropiadamente al cilindro interior Cuando se acabe de utilizar el k
8. da de combustible tiene ser humidificada propiamente Para hidratar la celda de combustible se deben completar los pasos siguientes Utilizar la jeringa B rell nela con un poco de agua destilada comprada por separado Una vez que la jeringa este llena de agua destilada ponga la jeringa en el tubo de hule corto C en el lado del hidrogeno de la celda de combustible G proce diendo a inyectarle agua dentro del lado de hidrogeno de la celda de combustible marcada H2 hasta que vea agua llenando la pantalla de la celda de combustible Repita la misma operaci n en el lado del oxigeno marcado 02 Dejar el agua dentro de la celda de 5 a 10 minutos para hidratar completamente la celda de combustible Insertar los cilindros exteriores de hidrogeno y oxigeno K dentro de los hoyos redondos localizados en el chasis h Llene con agua destilada hasta la marca cero en cada cilindro exterior K Inserte los cilindros interiores J dentro de los cilindros exteriores K para que los cilindros interiores J se llenen de agua Los cilindros interiores J tienen dos ranuras estas aperturas permiten que el gas escape del cilindro interior J hacia el cilindro exterior K para limitar la cantidad de gas guardado Aseg rese de que las ranuras no est n bloqueadas por el riel de pl stico que sirve para detener los cilindros interiores J Empuje en la parte de arriba de los cilindros interiores J y aseg rese de entren firmemente en el riel local
9. das de combus tible utilizan en peque a escala un catalizador de platino y estas part culas son muy sensibles a impurezas halladas en agua no destilada Para el uso de este kit se puede utilizar agua para beber o agua de la llave pero la vida del kit ser acortada Paso 3 Aseg rese que el cargador de bater as E este apagado off Inserte 2 bater as nuevas tama o AA al cargador de bater as E incluido en este kit No se debe utilizar ning n otro cargador ya que este esta dise ado especialmente para esta celda de poder reversible Si usted desea utilizar otra fuente de poder como un panel solar aseg rese completamente que la corriente de salida no sea mayor a 0 7 A y el voltaje no mayor a 2V No seguir estas instruccio nes lo llevara a la destrucci n de la celda de combustible Paso 4 Inserte la clavija del cargador a la fuente de poder localizada en la parte trasera del chasis h Paso 5 Sea muy cuidadoso de insertar el cable rojo de la fuente de poder dentro de la entrada roja lado del oxigeno de la celda de poder y el cable negro de la fuente de poder dentro de la entrada negra lado del hidrogeno de la celda de poder Si no se conecta apropiadamente la fuente de poder la celda de combustible puede ser totalmente destruida Paso 6 Cambie el interruptor hacia la posici n ON para empezar la electrolisis Usted sabr que se est n produciendo gases de oxigeno y hidrogeno cuando es agua esta siendo desplazada hacia la
10. del auto kit Aseg rese de haber hidratado bien la celda de combustible inyect ndole agua con la jeringa antes de proceder a la electrolisis A Nota Siga estas instrucciones solo cuando ya haya completado los pasos se alados en el capitulo 4 Paso 1 Remover los tapones negro y rojo de los tubos de hule cortos C insertados en la celda de combustible G Paso 2 Poner agua destilada dentro de los cilindros exteriores K hasta la marca de 0 ml Introducir los cilindros interiores J firmemente hasta el fondo de los cilindros exteriores K llenando con agua completamente los cilindros interiores J Presionar firmemente los cilindros interiores J para asegurarse por completo que embonaron firmemente con los rieles de pl stico en el fondo de los cilindros exteriores K En caso de que los cilindros interiores J no se llenen con agua aseg rese de que los tapones negro y rojo de hule cortos C en la celda de combustible G hayan sido removidos Esto permite que el aire dentro de los cilindros interiores J sea liberado por la celda de combustible G y salga al exterior por los tubos de hule cortos C El agua entonces puede tomar el lugar del aire liberado para llenar completamente los cilindros interiores J Una vez que los cilindros interiores est n llenos de agua cierre los tubos de hule cortos C con los tapones negro y rojo Advertencia Utilizar agua no destilada dana los electrodos de las celdas de combustible Las cel
11. hule largos del hidrogeno y del oxigeno para purgar los gases Llevar a cabo la electrolisis otra vez hasta que el tanque del hidrogeno se llene y conectar el motor a la celda de combustible Si el problema persiste vaya al siguiente paso b Dejar que el proceso de la electrolisis dure aproximadamente 10 minutos para consumir los residuos de agua Para sacar el agua de la celda de combustible se deber n purgar los gases Llevar a cabo la electrolisis una vez mas hasta que el tanque de hidrogeno se llene luego conecte el motor a la celda de combustible El auto solo se mueve de manera circular y no se mueve para adelante Soluci n a Poner el auto en una superficie con mejor adherencia Si el problema continua vaya al siguiente paso b Agregue 50 gramos de peso en la parte delantera del auto 14 Printed in China
12. ino usted lo vera dar vuelta y echarse en reversa hasta que pueda encontrar una direcci n frontal sin barreras u obst culos El auto continuara caminando solo hasta que el gas de hidrogeno contenido en el cilindro interior se acabe Paso 3 Cuando usted haya acabado de utilizar este kit sacuda la celda de combustible para remover el exceso de agua La primera vez que opere la electrolisis de agua es posible que no arribe al resultado optimo de la producci n de Remueva las baterias del cargador hidrogeno y oxigeno en un radio de 2 1 Para optimizar la producci n de hidrogeno usted necesitara seguir los pasos siguientes Apague el cargador de bater as remueva los tapones negro y rojo de los tubos de hule cortos insertados en la celda de combustible Usted necesitara completar este paso para remover todos los gases inertes de la celda de combus tible Ahora repita del paso 5 y despu s vaya directo al 7 Apague el cargador posici n off Desconecte ambos cables de la celda de combustible y remueva la fuente de poder de la parte trasera del chasis de auto Remueva las bater as del cargador 12 13 7 Consejos para una optima operacion Aseg rese de utilizar solo agua destilada Otro tipo de agua contiene substancias y minerales que pueden contaminar y destruir la celda de combustible Si usted nota que la celda de combustible empieza a corroerse esto indica que no se utilizo agua destilada para sus experimentos Utilice
13. it se recomienda ampliamente poner la celda de combustible en una bolsa de pl stico sellada contra el aire como una bolsa Ziploc Esto proteger a la celda de combustible mientras no se este utilizando el kit 8 1 m n Problemas posibles Los niveles del agua no bajan cuando los tapones negro y rojo que est n en la celda de combustible no est n puestos en los tubos de hule cortos Soluci n Checar que las ranuras de los cilindros interiores no est n bloqueadas por los rieles de pl stico de los cilindros exteri ores El electrolizador no produce hidrogeno y oxigeno Soluci n a Checar si los cables est n bien conectados y si todo esta bien conectado La celda de combustible puede ser completamente destruida si el cable rojo del cargador de bater as es conectado en el polo negro de la celda de combustible b Checar que la posici n del interruptor se encuentre en ON El proceso de electrolisis se hace mas lento Soluci n a Agregar agua en el lado del oxigeno y del lado del hidrogeno en la celda de combustible esperar aproximada mente 5 minutos b Remplace las bater as por unas nuevas El auto no se mueve despu s de que el hidrogeno y el oxigeno est n llenos y el motor esta conectado Soluci n Checar el cableado El auto deja de moverse cuando todav a hay hidrogeno dentro de los tanques Soluci n a Purgar los gases y llevar a cabo la electrolisis por 4 o 5 minutos Desconectar los tubos de
14. izado en la parte de debajo de los cilindros exteriores K Inserte los tubos de hule largos I a la parte superior de los cilindros interiores J Inserte el tubo de hule largo viniendo del cilindro de hidrogeno a la entrada inferior de la celda de combustible en el lado del hidrogeno marcada H2 Inserte el tubo de hule largo viniendo del cilindro de oxigeno a la entrada inferior de la celda de combustible en el lado del oxigeno marcada O2 El auto kit esta listo para usarse 5 Electrolisis creando Hidrogeno del agua Electrolisis es el proceso de convertir energ a el ctrica en energ a qu mica Cuando una carga qu mica es aplicada al agua la carga rompe la reacci n qu mica entre el hidrogeno y el oxigeno creando unas part culas llamadas lones En este caso se forman ones de hidrogeno cargados positivamente y negativamente Un electrolizador tiene 2 electrodos donde se forman los iones Un electrodo llamado nodo es cargado positivamente y atrae a los iones de oxigeno cargados negativamente El otro electrodo se llama c todo el cual atrae a los iones de hidrogeno cargados positivamente Celdas de combustible reversibles pueden ser utilizadas para llevar a cabo la electrolisis En una celda de combustible el electrolito es parte del ensamblado de la membrana Cuando se aplica una corriente a una celda de combustible electrolizara al agua produci endo hidrogeno en el lado del c todo y oxigeno en el lado del nodo Ensamblado
15. osamente antes de armar este kit o empezar alg n experimento 2 Poner atenci n a la secuencia de pasos y efectuar solo los experimentos descritos en este manual 3 Armar su auto kit siempre bajo la supervisi n de un adulto 4 Utilizar gogles para proteger sus ojos cuando se est n haciendo experimentos de cualquier clase 5 Mantener a ni os peque os animales y personas que no tengan protecci n en los ojos alejados de sus experimentos 6 No utilizar ninguna otra parte o aparato mas los que vienen incluidos en este kit o como se instruye en este manual 7 No comer beber o fumar en el sitio del experimento 8 No trabajar cerca de fuego o chispas Aunque el Hidrogeno y Oxigeno est n contenidos de forma segura y en peque as cantidades en estos experimentos estos son gases extremadamente flamables y es importante tomar todas las precauciones 9 Apagar el empaque de la bater a cuando no este en uso Cuando este encendido no permitir que se toquen los conductores met licos Remueva las bater as despu s de usarse o cuando no se utilicen por un periodo largo de tiempo 10 Vaciar toda el agua de cada componente Hidrogeno y Oxigeno despu s de cada uso 11 Lavarse las manos despu s de acabar de utilizar este kit 2 Introducci n a las Celdas de Combustible de hidrogeno a Porque Hidrogeno El hombre consume combustibles basados en petr leo 100 000 veces mas r pido de lo que estas se producen esto lleva a hacerse
16. parte superior de los cilindros exteriores K Usted tambi n puede medir el gas producido midiendo lo que se ve como espacio vaci que gradualmente se va incrementando en la parte superior de los cilindros interiores Cuando el cilindro interior del hidrogeno este lleno de gas de hidrogeno usted comenzara a ver burbujas saliendo del cilindro interior hacia el cilindro exterior La electrolisis ser completada cuando el agua en los cilindros interiores es completamente desplazada en un radio de 2 1 2 partes de hidrogeno 1 parte de oxigeno El cilindro con la mayor cantidad de gas es el del hidrogeno 10 11 Paso 7 Paso 8 6 Operaci n del auto con celda de combustible de hidrogeno Una vez completado el ensamblado del auto kit como se describe en el capitulo 4 Ensamblado del auto kit y completada la electrolisis descrita en el capitulo 5 Electrolisis creando Hidrogeno del agua puede usted ahora operar su auto con celda de combustible de hidrogeno Paso 1 Verifique que los tubos de hule no est n tocando las llantas Paso 2 Levante la parte frontal del auto para que el motor no toque el suelo Conecte los cables negro y rojo del motor en las entradas negra y roja de la celda de combustible respectivamente Ponga el auto en una superficie plana y v alo irse Las dos luces verdes LED en la parte frontal del motor empezaran a prenderse y apagarse El auto encontrara su paso de manera independiente sobre obst culos en su cam
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