Alternative Fuel: Hydrogen

download Alternative Fuel: Hydrogen

of 33

  • date post

    03-Jun-2018
  • Category

    Documents

  • view

    216
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Alternative Fuel: Hydrogen

  • 8/12/2019 Alternative Fuel: Hydrogen

    1/33

    Cuprins

    1

    Academia Tehnic MilitarSpecializarea: Blindate, automobile i tractoare

    durata proiectulcomercial

    combatera bolilor i duntorilorucrarea produselormtoarele:

    i ce in strict dBucureti

  • 8/12/2019 Alternative Fuel: Hydrogen

    2/33

    Cap.1 Generaliti

    Cap. 2 Hidrogenul surs de energie alternativ

    2.1 Analiza comparativ a proprietilor fizico-chimice ale hidrogenului

    2.2 !inerea hidrogenului

    2.".Avanta#e $i dezavanta#e

    2.% &ransportul $i stocarea hidrogenului

    Cap. " Hidrogenul 'n motoarele cu ardere intern tradiionale

    ".1 Hidrogenul 'n motoarele cu aprindere prin sc(nteie

    ".2 Hidrogenul 'n motoarele cu aprindere prin comprimare ".".Aplicaii ale hidrogenului la motoarele cu ardere intern ale autovehiculelor

    moderne

    Cap. % Hidrogenul su! form de pile de com!ustie

    %.1 )ilele de com!ustie

    %.2 Aplicatii ale pilelor de com!ustie in industria autovehiculelor

    %.".)erspectivele pilelor de com!ustie in industria apararii

    Cap. * +istemului de alimentare

    *.1 Condiii de funcionare

    *.2 ,lemente componente

    Cap. )erformane

    Concluzii

    i!liografie

    2

  • 8/12/2019 Alternative Fuel: Hydrogen

    3/33

    Capitolul 1 Generaliti

    Dezechilibrul creat ntre creterea demografic i explozia industrial pe deo parte i cantitile limitate de petrol, gaze naturale i crbune pe de alta, indicnevoia stringent de substituire a transportului convenional aerian si rutier.

    Maoritatea cov!r itoare a sistemelor de propulsie pentru automobile este reprezentat de motoarele cu ardere intern care utilizeaz benzina i motorina pe

    post de combustibil."enzinele i motorinele sunt amestecuri de hidrocarburi, compui care conin atomi de hidrogen i carbon. #ntr$un motor %perfect&, oxigenuldin aer transform tot hidrogenul din combustibil n ap i tot carbonul n bioxid de carbon. 'zotul din aer ar rm!ne neafectat. #n realitate procesul deardere nu este %perfect&, iar motoarele de autovehicule emit diverse tipuri de poluani.

    'adar, dezavantaul maor al acestui tip de combustibili l reprezintemisiile poluante rezultate n urma arderii()*, )*+, ), -*x, particule, emisiicare au efect nociv asupra oamenilor i a mediului nconurtor.

    #n vederea limitrii substaniale aemisiilor de poluani nocivi, la nivelul /0

    au fost elaborate o serie de standardeprivind emisiile, aplicabileautovehiculelor rutiere, care s$au nsprit succesiv dela nceputul anilor 123, acest proces continu!nd i n prezent. #ns cu toateacestea, reducerea emisiilor specifice de )*+provenite de la autovehicule afost mai mult dec!t compensat de creterea volumului transporturilor.4ezultatul este o cretere net de aproximativ +35 a emisiilor de )* +provenite de la transportul rut ier.

    Motorul cu ardere intern nu va putea niciodat s aung la stadiul minim de poluare(aa$numita poluare 3, deci trebuie identificat un alt combustibil sau surs de energie, c!t i poate alte metode tehnice pentru a propulsa automobilele,

    unele dintre ele utiliz!nd i combustibili neconven ionali.6istemele de propulsie alternativ sunt reprezentate de propulsoarele

    hibride (termic 7 electric, de cele complet electrice i de sistemele cu pil de

    combustie. De asemenea, combustibilii alternativi, neconven ionali, sunt reprezenta i de: gazul petrolier lichefiat (en: 89, gazul natural comprimat (en:)-, etanol (0;

  • 8/12/2019 Alternative Fuel: Hydrogen

    4/33

    9rintre resursele alternative de energie enumerate ncapitolul anterior atrage atenia utilizarea hidrogenului, ungaz care prin ardere nu produce emisii poluante i estefoarte rsp!ndit n natur, practic inepuizabil.

    #n cazul automobilelor, pentru propulsie, hidrogenulpoate fi utilizat n dou moduri: la pile de combustiesau ars direct n cilindri. 9oten ialul utilizrii hidrogenului este imens, datorit faptului c poate elimina dependen a de petrol.

    2.1 Analiza comparativ a proprietilor fizico-chimice alehidrogenului

    idrogenul este un gazuor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar n naturse nt!lnete mai ales sub form de moleculdiatomic, +. 0ste cel maiuor element chimic, esteputernic reactiv i i gsete aplicaii datorit capacitiisale chimice de reductor.

    idrogenul se distinge prin compozitia elementar, densitate, proprieti dedifuzie in aer, temperaturile de fierbere, congelare si ardere, cantitatea de aerstoichiometric, domeniul de inflamabilitate, energia de aprindere, puterea calorici viteza de ardere. )ompozitia elementara. 6pre deosebire de combustibilii hidrocabonati,

    hidrogenul nu are in compozitia moleculara alte substante, astfel incat printr$

    o ardere corecta el nu produce decat apa. idrogenul arde, in general,complet si doar in domeniul amestecurilor foarte bogate pot fi gasite ingazele de evacuare urme de hidrogen complet inofensiv. 6ingurul poluant laevacuare il constitue oxizii de azot al caror nivel poate fi redus prin masuriadecvate.

    Densitatea.idrogenul prezinta cele mai mici densitati atat sub formagazoasa, cat si lichefiat. 9uterea sa calorica superioara diminueaza intr$ooarecare masura acest dezavanta, fara a$l elimina. 0ste si aceasta o motivarea tentatiei de a utiliza hidrogenul sub forma lichida.

    Viteza de difuzie. idrogenul este net superior oricarui alt combustibil,chiar si gazelor naturale. =aloarea ridicata a coeficientului de difuzie in aergaranteaza o foarte rapida amestecare a sa cu combustibilul, deci formarea aunui amestec omogen. radul de periclitare datorita difuziei poate finegliat, data fiind experienta acumulata dea in domeniul sistemelor dealimentare cu gaze naturale si de petrol> tehnica realizarii acestora a aratat o

    4

    Figura 2 Hidrogenul

    http://ro.wikipedia.org/wiki/Gazhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Fochttp://ro.wikipedia.org/wiki/Molecul%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Element_chimichttp://ro.wikipedia.org/wiki/Redoxhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Gazhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Fochttp://ro.wikipedia.org/wiki/Molecul%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Element_chimichttp://ro.wikipedia.org/wiki/Redox
  • 8/12/2019 Alternative Fuel: Hydrogen

    5/33

    perfecta securitate, scaparile de gaze in timpul exploatarii fiind completexcluse.

    Temperaturile de fierbere si conelare. =alorile foarte cobor!te aletemperaturilor de fierbere si congelare garanteaza completa vaporizare acombustibililor in procesul de formare a amestecului si corecta functionare a

    motorului la temperaturi coborate. ?ata de benzina, temperatura de ardere ahidrogenului este mai mare> aceasta avantaeaza randamentul termic dar nuconstituie o circumstanta favorabila pentru formarea oxizilor de azot, care, laamestecul stoichiometric apar in concentratii mai mari in gazele de evacuare.

    Domeniul de inflamabilitate.Dozaul stoichiometric se realizeaza in cazulhidrogenului pentru o valoare a cantitatii de aer de peste doua ori mai maredecat in cazul combustibililor hidrocarbonati. 'ceasta impune, evident oreconsiderare dimensionala a elementelor sistemului de alimentare cucombustibil si aer.

    !neria de aprindere si "iteza de ardere. 0nergia de aprindere este oparticularitate a combustibililor care influenteaza hotarator initierea arderii.idrogenul are nevoie de o foarte mica energie de excitatei, fapt caredetermina si o intarziere la aprindere inferioara combustibililorhidrocarbonati. 'prinderea lesnicioasa si arderea rapida pot provoca initieriale arderii in momente nedorite (la motoarele cu piston in timpul compresieisau gradienti de presiune care sa provoace solicitari mecanice nepermis demari.9articularitatile fizico$chimice ale hidrogenului, relevate mai sus pot ridica

    unele semne de intrebare in legatura cu organizarea generala a proceselor de

    ardere si arhitectura incintelor de reactie atat pentru motoarele cu ardere interna cupiston, cat si pentru cele cu reactie, turbina sau turboreactoare.

    2.2 Obinerea hidrogenului

    Din moment ce hidrogenul nu exist pe 9m!nt in forma gazoas, acestatrebuie extras din alte elemante, precum: apa, biomasa sau molecule de gaz natural,fiind produs fie n laboratoarele de chimie i cele de biologie, fie industrial sau

    termochimic. #n laborator

    #n laborator, +este de obicei obinut prin reacia metalelor cu aciziin aparatul @ipp.

    'luminiulpoate produce +prin tratarea cu baze:

    5

    http://ro.wikipedia.org/wiki/Laboratorhttp://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Aparat_Kipp&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/wiki/Aluminiuhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Laboratorhttp://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Aparat_Kipp&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/wiki/Aluminiu
  • 8/12/2019 Alternative Fuel: Hydrogen

    6/33

    0lectroliza apeieste o metod simpl de a produce hidrogen. /n curentdeoas tensiune trece prin ap, iar oxigenul gazos se formeaz la anod, n timp cehidrogenul gazos apare la catod. De obicei, la producerea hidrogenului catodul esteconfecionat din platin. Dac se realizeaz i arderea, oxigenul este preferat pentrucombustie, astfel ambii electrozi sunt confecionai din metale inerte. 0ficiena

    maxim (electricitatea utilizat raportat la cantitatea de hidrogen produs este de;3 5 A 2B 5.

    #n +33C s$a descoperit c un alia format din aluminiu i galiun formagranular n reacie cu apa poate fi folosit pentru a produce hidrogen. Din acest

    proces mai rezult de asemenea i alumin, ns galiul scump, ce previne apariiastratului de oxid, poate fi refolosit. 'cest lucru are o mare importan n economiahidrogenului, deoarece acesta poate fi produs la locul de lucru i nu trebuietransportat.

    $ndustrial)ea mai important (din punct de vedere economic metod de obinere a

    hidrogenului este extragerea acestuia din hidrocarburi.