El documento trata sobre los vehículos de hidrógeno. Explica que el hidrógeno es un combustible limpio que sólo produce vapor de agua como subproducto de su combustión. Sin embargo, el almacenamiento y transporte del hidrógeno es complicado debido a su bajo peso específico. Los vehículos de hidrógeno funcionan ya sea quemando hidrógeno en un motor de combustión o usando celdas de combustible de hidrógeno, ambos de forma más limpia que los vehículos convencionales.

1. Benemérita Universidad
Autónoma de Puebla
Facultad de ingeniería
Colegio de Ingeniería Industrial
Lorena Monterrosas Guevara
201528267
DHTIC
After the draft
Primavera 2016

2. Índice
1.- Título… 3
2.- Introducción…4
3.- Resumen…4
4.- Hidrógeno…5
4.1 El hidrógeno como combustible…5
4.2 Almacenamiento del hidrógeno…6
4.3 Hidrógeno líquido…6
5. Uso de hidrógeno en vehículos…8
5.1 Coches y autobuses con energía alterna…8
6. Ventajas medioambientales…9
7. Vehículos de hidrógeno…10
7.1 Tipos constructivos…10
8. Conclusión…11
9. Bibliografía…12
10. Anexos…13

3. VEHICULOS DE HIDROGENO

4. AFTER THE DRAFT
Este ensayo lo escribo debido a que considero importante transmitir el
conocimiento de un tema tan controversial, interesante e influyente como lo es
el de vehículos de hidrógeno, a cualquier persona que esté interesada en
conocer un poco más del tema.
2. Introducción:
Este documento trata principalmente sobre lo que es el hidrógeno y sus
aplicaciones como combustible ecológico, se hablará de las ventajas y
desventajas de esta de una forma amplia.
En ensayo abordará el tema de vehículos de hidrogeno, gracias a lo siguiente
podremos comprender qué es un vehículo de hidrogeno además del papel que
juega el elemento como combustible. Desafortunadamente también se tratara la
razón principal por la cual este elemento no es una fuente de energía de gran
impacto o demanda actualmente.
Para comenzar hay que tener claro qué es un vehículo de hidrógeno, para ello
hay que desglosar el concepto de hidrógeno como combustible, conocer su
impacto económico y ambiental.
3. Resumen:
El uso del hidrógeno es el método más limpio que se conoce, puesto que no
produce ningún residuo, aparte de vapor de agua, que es inocuo. El mecanismo
es relativamente sencillo: en una membrana especial se ponen en contacto el
hidrógeno y el aire ambiental. La mezcla genera una reacción eléctrica que se
canaliza hacia el motor y las baterías.
Lo complicado es embarcar el hidrógeno en los coches, puesto que hace falta
bastante cantidad y, lo que es peor, es un elemento altamente inestable. Algunas
investigaciones apuestan por embarcarlo a presión, en estado líquido o gaseoso,
pero hacen falta depósitos muy pesados para evitar que se evapore.
Otros apuestan por depósitos que llevan dentro una especie de malla metálica
que “atrapa” el hidrógeno y lo libera poco poco. Por último, la tendencia con más
posibilidadesde imponerse, es el reformado de hidrocarburos. Consiste en llevar
en el coche gasolina o cualquier otro derivado del petróleo y hacerlo pasar por

5. un dispositivo que separa el hidrógeno del resto de elementos del líquido en
cuestión. Es un poco más contaminante, pero también muy limpio.
4. Hidrógeno:
Cada vez se escucha hablar más del hidrógeno, considerándolo, dadas sus
propiedades físicas y químicas, como un importante combustible sintético del
futuro. Esto se basa en sus características de ser renovable, abundante y no
contaminante, que lo convierten en un combustible ideal. Efectivamente, el
hidrógeno es limpio, pues el producto de su combustión con el oxígeno es
simplemente vapor de agua. Es abundante y renovable, pues es posible extraerlo
a su vez de la descomposición del agua mediante la electrólisis, utilizando una
fuente primaria de energía.
4.1 El hidrogeno como combustible
A pensar en el hidrógeno con relación a la energía, se debe tener en claro un
concepto importante: el hidrógeno no es una fuente de energía primaria, sino
sólo un portador de energía, tal como lo es la nafta o cualquiera de los
combustibles a los que estamos acostumbrados, por ejemplo, nafta, kerosén,
carbón, leña, etc. Estas substancias contienen energía química acumulada, que
puede ser liberada por procesos de combustión (quemado). Estos procesos
consisten esencialmente en reacciones donde los elementos contenidos en el
combustible (principalmente carbono e hidrógeno entre otros), por la presencia
de oxígeno en el aire, pasan a un estado oxidado, liberando la energía asociada
a la reacción química de oxidación. Si comparamos al hidrógeno con los
combustibles tradicionales, la diferencia más importante a tener en cuenta es
que el hidrógeno sólo deja como subproducto de su combustión vapor de agua,
mientras que los otros además producen dióxido y monóxido de carbono. De ahí
que resulte ser un combustible limpio, no contaminante. Otra característica
importante que diferencia al hidrógeno radica en que es posible obtenerlo a partir
del agua mediante electrólisis utilizando la electricidad generada por 2 alguna
fuente primaria de energía (p. ej. eólica, solar, nuclear, etc.), y una vez quemado
se vuelve a general la misma cantidad de agua inicial, cerrándose un ciclo en el
cual el medio ambiente no se altera. Esta característica sumada al hecho de
existir tanta agua en el planeta, lo convierten en un combustible renovable y
abundante. Desde el punto de vista energético, el hidrógeno es, de todos los

6. combustibles, el que tiene la máxima relación energía/peso. Contrariamente,
siendo el hidrógeno un gas, y además, el más liviano de los elementos, su
relación energía/volumen es la mínima.
Que el hidrógeno será el combustible del futuro, resultará efectivamente cierto,
si se tiene en cuenta que los combustibles que mueven el mundo en la actualidad
no son renovables. Provienen de los yacimientos petrolíferos y de carbón, cuyas
reservas no son infinitas y se estima que en el curso del presente siglo XXI
comenzarán a declinar hacia su agotamiento. Independientemente de esta
situación, y mucho antes del agotamiento de las reservas, se prevé que debido
al ritmo de consumo mundial de energía utilizando combustibles fósiles, el
aumento de la polución atmosférica (lluvia ácida, deterioro de la capa de ozono,
contenido de dióxido de carbono, responsable del efecto invernadero y
consecuente calentamiento global), habrá de provocar diversos tipos de
catástrofes, cada vez con mayor intensidad, como se está evidenciando ya en la
actualidad. Esta situación impulsa a la “humanidad pensante” a inducir a las
entidades con poder de decisión y realización, a que se adelante lo más posible
ese “futuro” del hidrógeno, y evitar así las nefastas consecuencias de la
contaminación ambiental asociada al constante aumento mundial de consumo
de energía utilizando los actuales combustibles.
Queda entonces la respuesta al POR QUÉ el hidrógeno puede ser considerado
el combustible del futuro: porque cuando indefectiblemente se agoten los
combustibles actuales, las ventajas del hidrógeno desde el punto de vista
energético y el hecho de poder brindar condiciones sustentables en cuanto a
renovación, abundancia y no ser contaminante, lo convierten en el candidato idea
de combustible a ser tenido en cuenta.
4.2 Almacenamiento del hidrogeno
Considerando al hidrógeno como combustible, es factible que el mismo accione
máquinas, fábricas, casas, vehículos. Surge de inmediato la necesidad de
encontrar contenedores apropiados para su almacenamiento y transporte, y en
particular cuando se trata de vehículos, la forma óptima para llevar a bordo un
tanque de combustible. Si bien desde el punto de vista energético, entre todos
los combustibles el hidrógeno es el que posee la máxima relación energía/peso,

7. la densidad del hidrógeno como gas di-atómico en condiciones normales de
presión y temperatura (CNPT = 1 bar y 0 ºC) es δCNPT(H2) = 0.0898 g/l, lo cual
significa que 1 Kg de hidrógeno en las condiciones ambientales normales ocupa
11,135 m3 . Resulta entonces que el hidrógeno, con relación al volumen,
almacena menor cantidad de energía comparado con otros portadores de
energía, como por ejemplo, el gas natural o la nafta.
El volumen que ocupa un combustible es un factor importante para su
almacenamiento y transporte. Es preciso que la energía consumida en estos
procesos sea mínima, de los cuales el almacenamiento es probablemente el más
significativo. Se requiere entonces emplear un método que densifique al
hidrógeno y que permita transportarlo en forma segura y poco onerosa, para
poder ser llevado sin dificultades a bordo de los vehículos y evitando agregar
peso adicional excesivo.
4.3 Hidrógeno líquido
Esta forma de almacenamiento es particularmente atractiva, pues permite
incrementar la masa de hidrógeno con relación al volumen del contenedor. Se
almacena en tanques criogénicos a -252°C a presión atmosférica. Debido a la
baja temperatura crítica del hidrógeno (-241°C), sólo puede almacenarse en
forma líquida en sistemas abiertos para evitar una fuerte sobrepresión. Por lo
tanto, la transferencia de calor a través de las paredes del contenedor produce
una pérdida de hidrógeno por evaporación. Esta pérdida es función del tamaño,
la forma y la aislación térmica del recipiente. También es proporcional a la
relación superficie/volumen, por lo cual la velocidad de evaporación disminuye al
aumentar el tamaño del contenedor. Para recipientes térmicos tipo Dewar
esféricos de doble pared con aislamiento de vacío, las pérdidas por evaporación
por día son: 0,4% para los tanques cuyo volumen es de 50 m3 , 0,2% para los
de 100 m3 y 0,06% para los de 20.000 m3 . La energía teórica necesaria (trabajo)
parta licuar el hidrógeno desde la temperatura ambiente es 3,23 kWh/kg, pero el
trabajo técnico es 15,2 kWh/kg, casi la mitad del valor calórico más bajo de
combustión. El gran consumo de energía para la licuefacción y la continua
pérdida por evaporación limitan el posible uso de sistemas de almacenamiento
de hidrógeno líquido para aplicaciones donde el costo del hidrógeno no es

8. importante y el gas es consumido en un corto tiempo, como por ejemplo en
aplicaciones aéreas o espaciales.
5. Uso de hidrógeno en vehículos
Los motores de vehículos pueden ser adaptados para utilizar hidrógeno como
combustible con muy pocos cambios en la tecnología del motor convencional.
Quemar hidrógeno produce mucho menos polución que la nafta o el combustible
diésel. Como ya hemos mencionado el hidrógeno tiene una alta velocidad de
llama, límites de flotabilidad altos, además presenta alta temperatura de
detonación, y necesita menos energía para su igniciónque la nafta. Sin embargo,
a pesar de todas estas ventajas sobre las naftas falta un largo camino para el
desarrollo de la producción del hidrógeno y la infraestructura de distribución. Una
manera más accesible de usar el hidrógeno es a través de celdas de combustible
que tiene una eficiencia 2,5 veces mayor que si se quema hidrógeno en un motor
térmico. En una celda de combustible (ver esquema abajo), los reactivos
(hidrógeno y oxígeno del aire) alimentan a los correspondientes electrodos,
constituidos por materiales porosos los mismos se encuentran en un electrolito
adecuado, estableciéndose una diferencia de potencial que mantiene un flujo de
electrones, esto es, una corriente eléctrica, que puede efectuar trabajo útil.
5.1 Coches y autobuses con energía alterna
Los autobuses que ya circulan por Madrid y Barcelona son un ejemplo de las
ventajas de una tecnología que se presenta como una alternativa real, limpia y
silenciosa a los actuales motores de combustión interna. Así se moverán también
algún día las motos, los camiones, los submarinos y hasta los aviones; pero,
sobre todo, los coches. En los últimos diez años DaimlerChrysler, Ford, General
Motors/Opel, Honda, Hyundai, Mazda, Mitsubishi, Nissan, Peugeot-Citroen,
Renault,Honda,Toyota y Volswagen han desarrollado al menos un prototipo de
coche a pila cada uno. Alimentados por diferentes combustibles (hidrógeno
frente a metanol o gasolina con bajo contenido en azufre reformado) y con
sistemas de almacenamiento diversos (hidrógeno gaseoso, líquido e incluso
combinado en hidruros metálicos), todos ellos se mueven parcial o totalmente
gracias a la electricidad que genera una pila tipo PEM, que es la más utilizada
en automoción. Además de por su tamaño y una buena relación

9. potencia/volumen, porque la baja temperatura a la que funciona permite que el
coche arranque rápidamente y que responda de forma inmediata a las
variaciones de demanda energética del motor, habituales durante la conducción.
El objetivo de la Unión Europea es que en 2020 se muevan con pilas de
combustible alimentadas por hidrógeno el 2% de los coches europeos. Aunque
para eso hace falta, entre otras cosas, una red de hidrogenaras donde puedan
repostar hasta llegar a su destino. Pero ésta es sólo una de las muchas
posibilidades de esta tecnología.
6. Ventajas medioambientales
La pareja hidrógeno-pila de combustible es una gran aliada de la naturaleza. La
oxidación del hidrógeno –sea en un motor de explosión, sea a través de una pila–
no genera emisiones de SO2, hidrocarburos no quemados y, sobre todo, CO2.
Por el tubo de escape de un coche a pila sólo sale vapor de agua. Las altas
temperaturas que se generan en el interior de un motor térmico provocan la
formación de óxidos de nitrógeno (NOx), que, sin embargo, pueden reducirse
con ayuda de catalizadores que disminuyan la temperatura del proceso. BMW
(en la foto), MAN y recientemente Ford han apostado por los motores de
combustión de hidrógeno, una tecnología limpia y mucho más barata hoy que la
pila de combustible. El proceso que se produce en los dos casos es básicamente
el mismo, una oxidación, pero el camino es diferente: mientras que una pila
transforma la energía química del combustible directamente en energía eléctrica,
en un motor de explosión la energía química se convierte primero en energía
térmica, que se transforma, a su vez, en energía mecánica. Y en este paso
intermedio se pierde mucha energía, algo que siempre será así por mucho que
se mejoren los motores tradicionales: lo dicen las leyes de la termodinámica,
contra las que no se puede luchar. La eficiencia de la pila permite también reducir
el número de emisiones de CO2 y otras sustancias aunque se empleen
combustibles menos limpios que el hidrógeno: como, para el mismo número de
kilómetros, un coche a pila necesita menos combustible que uno con un motor
tradicional, en su recorrido habrá emitido menos contaminantes.

10. 7. VEHICULOS (MOTORES) DE HIDROGENO
7.1 Tipos constructivos
Dada la complejidad tecnológica para la obtención de hidrogeno, su
acumulación en estado líquido, la reducida autonomía y la falta de estructura
actual para el repostaje convencional del hidrogeno similar a las estaciones de
servicio habituales, han ocasionado 2 tipos de motores de hidrogeno en
desarrollo actual, principalmente: 1. Motores de hidrógeno de combustión
interna: Características constructivas similares a los motores de combustión
interna convencionales que desarrollan sus prestaciones potenciales por la
ignición del hidrógeno dentro de la cámara de combustión. 2. Motores eléctricos
con celdas de hidrogeno de combustible: Características constructivas
diferenciales con motor eléctrico alimentado por medio de “celdas de
combustible” que generan la carga eléctrica por la aportación de hidrogeno
acumulado en depósitos de alta presión.
Desde principios de esta década, el desarrollo del denominado motor de
hidrógeno por algunos constructores de automóviles y entidades privadas en
apoyo a esta nueva tecnología, se ha convertido en una de las alternativas más
potenciadas para los nuevos vehículos no contaminantes, bajo la apuesta de
“Cero Emisiones”, paralelamente a los vehículos eléctricos y similares. El
hidrógeno como combustible contiene unas mayores prestaciones potenciales
en relación energía/ peso que cualquier otro combustible, y además genera una
muy reducida emisión contaminante, ya que sólo libera vapor de agua en su
combustión. La mayoría de las marcas constructoras de automóviles han
formulado y configurado algún modelo de prototipo con aportación de motores
motor de hidrógeno.

11. 8. Conclusión
Los vehículos de hidrógeno representan el sueño de los defensores del
medioambiente y de los defensores de la economía basado en varios lugares del
mundo. Sin embargo estos vehículos no están listos para ser adquiridos por el
automovilista promedio.

12. 9. Bibliografía
Linares Hurtado J. (2010). El hidrógeno y la energía. Madrid, España: Asociación
Nacional de Ingenieros del ICAI.
Bennaceur K. (2005). El hidrógeno: ¿Un futuro portador energético? California:
Eclipse 309
Asensio P. (2006) Energías renovables para todos. Madrid, España. Fundación
de energía de la comunidad de Madrid.

13. 10.Anexos