Pilas de hidrógeno: funcionamiento

Tal y como os prometí, os traigo la segunda parte de la entrada sobre pilas de hidrógeno, dedicada a explicar cómo funcionan.

EL primer proceso que hay que llevar a cabo para conseguir energía a través del hidrógeno es extraerlo del agua. Para ello se pueden llevar a cabo varios procesos (están bastante resumidos. Si estáis interesados en alguno, poned un comentario y le dedicaré una entrada):

-Reformado con vapor: con este procedimiento el hidrógeno se obtiene a partir de hidrocarburos, fundamentalmente del gas natural. El componente principal del gas natural es el metano (CH4), al que se le añade agua. Tras diversas variaciones en la temperatura y en la presión del reactivo, se obtiene hidrógeno.

CH₄ + 2 H₂O → 4 H₂ +C

- Electrólisis del agua: cuando una corriente eléctrica pasa a través del agua, el hidrógeno y el oxígeno se separa. El hidrógeno se recoge en el cátodo (polo de la pila cargado negativamente) y el oxígeno en el ánodo. Este proceso es más caro que el reformado con vapor, pero genera hidrógeno muy puro. Si queréis hacer un experimento de obtención de hidrógeno, este es el mejor método.

- Fotoelectrólisis: consiste en el aprovechamiento de la radiación solar para producir corriente y separar así el hidrógeno del oxígeno. 

- Producción fotobiológica: se basa en obtener hidrógeno de ciertos organismos que lo sintetizan de manera natural (algas y cianobacterias).

- Pirólisis: es la combustión incompleta de la biomasa en ausencia de oxígeno, a unos 500ºC. Se obtiene carbón vegetal y gas mezcla de monóxido y dióxido de carbono, hidrógeno e hidrocarburos ligeros.

- Membranas de electrolito con poliamida: este proceso es el que se emplea más tarde en las pila de hidrógeno. El electrolito solo deja pasar los protones de una sustancia (H+), a los que luego se les añaden electrones para conseguir hidrógeno.

Una vez que se ha obtenido el hidrógeno, este se introduce en la pila, que es donde se obtiene la energía siguiendo estos pasos:

1.- El hidrógeno se inyecta en el ánodo. El oxígeno, en el cátodo. 

2.- El hidrógeno se disocia (divide) en protones y electrones, ya que los electrones no pueden atravesar el electrolito polimérico (contiene un polímero que lo impide).

3.a- Ya que no pueden atravesar el polímero, los electrones tienen que pasar por un circuito externo, generando así energía. Este circuito puede ir a cualquier lugar, como nuestras casas. Los electrones que salen ahora del circuito no son los mismos que vuelven después. 

3.b- Los protones del hidrógeno, mientras tanto, atraviesan al electrolito y llegan al cátodo. Ahí se unen con el oxígeno y los electrones que vienen del circuito, generando agua o vapor de agua, que es expulsado continuamente al exterior.

Esto ofrece una gran cantidad de ventajas. Además de eficiente, la pila de H. es poco contaminante. Tiene por único residuo el agua, no hace apenas ruido (entorno a 55 db) y, en caso de fuga, el hidrógeno gaseoso se disiparía rápidamente, impidiendo explosiones. Además, opera a temperaturas muy bajas: entre 60 y 80 ºC, muy por debajo de los 850 ºC del motor diésel estándar.

Las pilas de hidrógeno son una fuente de energía muy interesante, que ofrece una gran cantidad de ventajas. Todavía es cara, pero creo que esto no impedirá su expansión. Tal vez llegue el día en que, gracias a este avance, podamos llenar el depósito del coche con agua.

Pilas de hidrógeno: componentes

Las fuentes de energía renovables son cada día más importantes. Si ahora saliera a la calle a preguntar a los transeúntes acerca de este tema, probablemente me hablarían de la energía solar, la hidráulica, la eólica... Sin embargo, estoy convencido de que la mayoría olvidarían una fuente de energía renovable muy importante: las pilas de hidrógeno.

 

Las pilas de hidrógeno tienen gran cantidad de campos de aplicación. Estoy seguro de que ahora mismo, si os preguntara, me hablaríais del transporte (los famosos coches que funcionan a base de agua). Pero hay otros. Por ejemplo, la miniaturización de las pilas podría llevar a la creación de baterías portátiles, recargables con agua, para nuestros teléfonos. Tambien la industria espacial podría aprovecharse de esta fuente (son bastante ligeras, no vibran, y producen agua como único residuo, que podría ser consumida por los astronautas).

¿Pero, cómo funcionan realmente?

Primero, es necesario conocer sus componentes. Son los siguientes :

• Ánodo: es el polo positivo de una pila hacia el cual se dirigen los iones negativos (aniones) a través del electrolito. Es de un material poroso.

• Cátodo: es el polo negativo de una pila hacia el que se dirigen los iones positivos (cationes). Es de un material poroso. 

• Electrolito: disolución de sales en agua que da lugar a la formación de iones (átomos que pierden o ganan electrones) y que permiten que la corriente circule a través de ellos. En este caso, es el hidróxido de potasio (KOH) con una poliamida quien actúa de electrolito. 

• Circuito externo: por él pasan los electrones del hidrógeno de camino al cátodo, generando así corriente eléctrica.

• Catalizador: acelera la conversión del hidrógeno en protones y electrones. Suele ser de platino o paladio.

Lo segundo sería conocer qué tiene lugar en la pila desde que en ella entran el hidrógeno y el oxígeno hasta que sale el agua, describiendo además cómo se obtiene la energía. Aunque no es ni muy difícil ni largo de explicar, prefiero contároslo en otra ocasión, además de que así podré hablar un poco de los métodos de obtención de hidrógeno. ¡Estad atentos!

La teoría de colas: ¿cuál es la más rápida?

Hoy os traigo un vídeo que explica la teoría de colas, una importante rama de las matemáticas, haciendo un pequeño recorrido por su historia y mostrando una forma de aplicarla en el día a día. Está subtitulado al español, pero para verlo tenéis que darle al icono cc. Espero que os parezca interesante. Un saludo.

El porqué de los números

Todos usamos los números a diario. Cada vez que escribimos una cantidad, cada vez que realizamos una operación, cada vez que contamos algo... en todas esas ocasiones utilizamos los símbolos numéricos. Si no existieran, tendríamos que hacer todo lo anterior escribiendo las cantidades con todas las letras, lo cual haría cosas tan sencillas como una suma una tarea ardua y compleja. Pero, ¿de dónde vienen los números? ¿Por qué tienen esa forma?

Los símbolos numéricos son representaciones escritas de cantidades de elementos. La primera civilización en emplear símbolos para realizar operaciones es la civilización babilónica. Se empleaba la escritura cuneiforme (basada en escribir con una cuña sobre tablas de barro), por lo que las cifras también tenían esta forma. Fue el primer sistema del tipo posicional, en el que el valor de un número no venía determinado sólo por su forma, sino también por la posición que ocupaba. Su sistema de numeración era sexagesimal, es decir, tenía de base sesenta. Al ser grandes astrónomos, los babilónicos dejaron su huella en nuestra forma de determinar los períodos de tiempo y los ángulos (una año tiene 12 meses, 24 horas, 365 días, un ángulo tiene 360º…).

En otros lugares del mundo se fueron desenvolviendo nuevos métodos de cifrado, con distintas bases y símbolos (por ejemplo, la escritura ideográfica china de base 20).  Surgió entonces en la Antigua Roma la numeración romana, cuyo funcionamiento podéis consultar fácilmente en cualquier página. A pesar de ser la más moderna, la numeración romana ofrecía muchas carencias, ya que no permitía representar fracciones y con ella era difícil realizar operaciones matemáticas.
  
Paralelamente al método romano, se desarrolló en China el sistema Hu-Ma, de base diez y carácter posicional. Llegó a la India y más tarde los comerciantes lo extendieron hacia el mundo árabe. De esta manera, todo Oriente Medio empleaba la numeración decimal en el año 700. Sin embargo, no sería hasta el año 1202, cuando el matemático italiano Leonardo di Pisa (Fibonacci) escribe su libro Liber Abaci, que difundió las ventajas del sistema decimal por toda Europa.
  
La pregunta es: ¿Por qué nuestros números esta forma? Pues por sus ángulos. El número de ángulos convexos [1] en el trazo de un número es el que determina su forma y, por tanto, la cantidad que designa. Esto es fruto de la evolución de estos símbolos a lo largo del tiempo, pues en un principio no se escribían de esta forma.

  
Debe observarse que estos números están escritos en su forma primitiva y sin líneas curvas. El 0 se considera como un número sin ángulos.

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[1] Ángulos menores que 180º pero mayores que 0º.