Adaptación y análisis de un motor de combustión interna alimentado por hidrógeno

Texto completo

(1)ADAPTACIÓN Y ANÁLIS IS DE UN MOTOR DE COMBUS TIÓN INTERN A ALIMENT ADO POR HIDRÓGENO. POR: Luis Miguel Jaramillo. PROYECTO DE GRADO PARA OPTAR AL T ÍT ULO DE INGEN IERO MECÁN ICO. AS ESOR: Jaime Loboguerrero U. PhD.. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPART AMENTO DE INGENIERÍA MEC ÁNICA BOGOTÁ D.C. 2009.

(2) Tabla de Contenido INTRODUCCIÓN................................................................................................................ 4 OBJETIVOS ......................................................................................................................... 5 Princip al .............................................................................................................................. 5 Particulares ......................................................................................................................... 5 CAPIT ULO 1- MARCO TEÓRICO .................................................................................. 5 1.1 Funcionamiento de un motor de combustión interna de cu atro tiemp os...................... 5 1.2 El hidró geno .................................................................................................................. 7 1.2.1 Fuentes de obtención de hidró geno........................................................................ 8 1.2.2 El ciclo del hidrógeno ............................................................................................ 9 1.2.3Almacen amiento del hidró geno ............................................................................ 11 CAPÍT ULO 2 – El MOTOR.............................................................................................. 13 2.1 Descrip ción del motor................................................................................................. 13 2.2 Estado del motor ......................................................................................................... 15 2.3 M odificaciones en el motor ........................................................................................ 17 2.3.1 La culata............................................................................................................... 17 2.3.2 El carburador........................................................................................................ 20 CAPÍT ULO 3 – FUENT E D E HIDRÓGENO Y ALMAC ENAMIENTO.................... 22 3.1 Generador de hidró geno ............................................................................................. 22 3.2 Almacen amiento del hidró geno .................................................................................. 23 CAPÍT ULO 4 – INS TRUMENTAC IÓN ......................................................................... 26 4.1 Sensor de efecto Hall .................................................................................................. 27 4.2 Freno hidráulico .......................................................................................................... 28 4.3 Celda de carga............................................................................................................. 29 4.4 Termocup la ................................................................................................................. 31 4.5 Analizador de gases de escape.................................................................................... 33 CAPÍT ULO 5 – RES ULTADOS....................................................................................... 33 5.1 Revolucion es del motor .............................................................................................. 33 5.2 Curva de voltaje d e celda de carga ............................................................................. 34 5.3 Curva de voltaje d e termocupla .................................................................................. 34 2.

(3) 5.4 Gases de escap e .......................................................................................................... 35 CAPÍT ULO 6 – ANÁLISIS DE RES ULTADOS ............................................................ 36 6.1 Curvas de torque y potencia ....................................................................................... 36 6.2 Análisis de gases contamin antes................................................................................. 39 6.3 Cantidad de hidró geno consumido por revolución ..................................................... 39 CAPÍT ULO 7 – RECOMENDACIONES A TEN ER EN CUENT A PARA PROYECTOS FUTUROS ........................................................................................................................... 43 CONCLUSIONES .............................................................................................................. 44 REFERENCIAS Y BIB LIOGRAFÍA .............................................................................. 46. 3.

(4) INTRODUCCIÓN La actual escasez del p etróleo a nivel mundial p ero de interés en Colombia p one a la nación en una situación que, si no p iensa en buscar recursos energéticos alternativos para un futuro a corto y mediano p lazo, se va a ver en la necesidad d e importar petróleo. Al mismo tiempo, el uso de los combustibles fósiles co mo recurso energético es uno de los culp ables de la alta contamin ación qu e sufre el mundo actualmente. Frente a estos p roblemas la investigación se ha enfocado en el análisis de energías alternativas a la combustión de hidro carburos y material contaminante. Prop uestas sobre todo en el sector del transporte, quizás el may or culp able d e esta situación, han surgido como lo son la obtención de energía a p artir del viento, del sol, de las corrientes hidráulicas de ríos y océanos, el uso de aire comp rimido p ara la p rop ulsión de un motor, así como la búsqueda de combustibles alternos al p etróleo como el metano son algunos de los avances que h a alcanzado la cien cia actual. La prop uesta de este p roy ecto nace de la necesidad de buscar un combustible qu e p ermita la redu cción casi total de emisiones no civas al mismo tiemp o que se busque economía en la obtención de este, como lo es el hidró geno. El h idró geno se p uede obtener a p artir de hidrocarburos o de la sep aración de éste de la mo lécu la de o xígeno p resente en el agu a p or medio d e la electrólisis. La id ea es imp lementar, poner a funcionar y analizar todo tip o de variables considerables en el d esemp eño de un motor de combustión interna de 4 tiempos marca Briggs & Stratton con hidrógeno como fu ente de energía. La innovación qu e p resenta éste trabajo es el sistema de iny ección qu e se implementará p ara el hidrógeno dentro del motor. El sistema consiste en iny ectar el gas directamente a la cámara d e combustión por medio del anillo de la válvula de admisión. En el p resente documento se mostrarán los cambios hechos al anillo así co mo las modificaciones gen erales realizadas al motor continuando con los p roy ectos de grado de Adriana M oreno (Implementación y análisis sistema de alimentación de hidrógeno para un motor de combustión interna) y de Camilo Umaña (Diseño de un sistema de inyección para la conversión de un motor de gasolina a hidrógeno). Además se comentará y exp licará las modificaciones llevad as a cabo en cuando al almacen amiento y regulación del hidró geno 4.

(5) en el cilindro de gas. Finalmente se exp licarán los instrumentos de medición que se utilizaron, los resultados y el análisis respectivo de éstos resultados.. OBJETIVOS Principal • Arreglar y poner en marcha un motor de 4 tiempos estacionario de un solo p istón marca BRIGGS & STRATTON Intek I/C 206 OHV de 206 cc d e desp lazamiento y alimentarlo con hidró geno. Particulares • Arreglo d e la culata p ara la iny ección ad ecuad a de hidró geno. • Analizar la fuente de obtención de hidró geno. • M edir la cantidad de hidró geno que entra a la cámara de co mbustión. • Instalar y p oner a funcionar el freno hidráulico del motor y el medidor del torque del mismo. • M edir la cantidad de gases contaminantes p roducidos p or la combustión del hidrógeno.. CAPIT ULO 1- MARCO TEÓRICO 1.1 Funcionamiento de un motor de combustión interna de cuatro tiempos. El princip io de un motor de combustión interna consiste en la comp resión y luego exp losión de un combustible dentro de una cámara de combustión. El objetivo es convertir tal p roceso en movimiento p or medio de cuatro etap as básicas dentro del motor. Estas etap as son conocidas como los cuatro tiempos del ciclo de combustión. El ciclo de Otto (como también es conocido) se debe gracias a Nikolaus Otto, quien fue el creador del motor de cuatro tiemp os en 1867.. 5.

(6) El motor de cuatro tiemp os con sus p artes se ilustra en la Figura 1.. Figura 1.1 [1] Imagen tom ada de How Stuff Works Inc.. Los cuatro tiemp os se conocen como: 1) Admisión 2) Comp resión 3) Explosión 4) Escap e El p istón que se encuentra dentro de la cámara de combustión está conectado a un cigüeñal por medio de una biela. Cuando el cigüeñ al gira p ermite el movimiento lineal del p istón. El movimiento lineal del p istón es transformado p or el cigü eñal a movimiento rotacional. La p rimera etap a (admisión) del p roceso comienza con el p istón en la p arte más alta d e la cámara de combustión conocid a como punto muerto sup erior. La válvula de ad misión se abre y p ermite la entrada d e una mezcla d e aire y combustible hasta qu e el p istón baja hasta el p unto muerto inferior. La segund a etapa (compresión) comienza con la válvula d e 6.

(7) admisión y la de escap e cerrad as y el p istón en la parte más baja de la cámara de combustión. El p istón inicia su carrera h acia el punto muerto sup erior comp rimiendo de ésta manera la mezcla p ara aumentar así la energía de explosión. Cuando el p istón alcanza el p unto más alto, la bujía emite una ch isp a que quema la mezcla de aire y combustible. Ésta exp losión hace qu e el p istón baje con mucha fuerza hasta el p unto muerto inferior dando fin al tercer tiemp o del ciclo (explosión). Finalmente el p istón comienza a subir nuevamente y la válvula de escape se abre p ermitiendo la expulsión de los gases de la combustión (Escap e). De ésta manera finaliza un ciclo entero en el motor de combustión interna de cuatro tiemp os.. 1.2 El hidrógeno Actualmente el planeta está sufriendo una imp ortante escases de recursos de hidrocarburos en esp ecial de p etróleo. Ésta noticia ha sido alarmante para la socied ad en gen eral en cuanto dep endemos de éste recurso. El p roblema rad ica en los elevados p recios que ha alcanzado el p etróleo en los últimos años y en el p oder inescrup uloso que han alcanzado las grandes p etroleras gracias a éste p roblema. El segundo gran p roblema consiste en la creciente contaminación amb iental qu e ha generado el uso del petróleo p or tantos años. Para algunos éste p roblema está en un segundo plano debido a su interés económico pero p ara los interesados en la conservación del p laneta y su medio ambiente es quizá su may or preocup ación.. Desafortunadamente es un a necesidad, el uso de un combustible eficiente y relativamente económico para la generación de energía eléctrica, movimiento y transp orte entre otros, ha sido el causante de tal desgracia. La búsqueda e investigación para el emp leo de combustibles diferentes al p etróleo o fuentes de energía alternativos ha tenido gran aco gida en los últimos años en el mundo. Se han encontrado reemp lazos p ara el crudo de manera temporal y fácil como lo es el uso de gas natural en los motores de combustión interna convencionales y los motores eléctricos.. 7.

(8) Recientemente ha surgido un interés en la in geniería por la investigación del uso del elemento más abundante del p lantea como lo es el h idró geno p ara ser utilizado como reemp lazo al p etróleo. Actualmente existen celdas de combustible cap aces de generar energía eléctrica a p artir del h idró geno y el o xígeno con altas eficien cias pero costos elevados. Lo interesante se encuentra en el emp leo del hidró geno en motores de combustión interna.. 1.2.1 Fuentes de obtención de hidrógeno. A diferencia del p etróleo, el hidrógeno no se encuentra en estado natural ni es un recurso natural p roveniente de la descomp osición d e las p lantas y energía almacenad a del sol como lo es el p etróleo, p ero es el elemento más abundante presente en la may oría de compuestos químicos del mundo, y en especial del agua.. Actualmente existen dos p osibles fuentes de obtención del hidrógeno y una tercera fuente que se encuentra en d esarrollo. • Electrólisis del agua: El agua se puede dividir en hidró geno y oxígeno h aciéndole p asar corriente eléctrica. Lo interesante de éste método es la facilidad que ofrece de poder realizarlo en cualqu ier p arte donde esté p resente el agua y electricidad. • Combustibles fósiles: La gasolina y el gas natural contienen hidrocarburos; molécu las que contienen hidró geno y carbono. Con un ap arato conocido como procesador de combustible o reformador, se p uede separar el hidró geno de los hidrocarburos fácilmente dejando como residuo d ió xido de carbono qu e es liberado al ambiente.[2] • Electrohidrogénesis: También conocid a co mo electrólisis bioca talizada es el p roceso de obtener hidrógeno a p artir de material orgánico (que conten gan glucosa o celulosa) desco mp uesto p or una bacteria. Este p roceso utiliza una celda de combustible mod ificada, microorganismos electroquímicamente activos, agua y material orgánico qu e son sometidos a una p equeña carga eléctrica generando de ésta manera hidró geno. [3],[4],[5]. 8.

(9) A diferencia del p etróleo, p ara obtener hidrógeno p uro es necesario utilizar fuentes de energía externas p ara la sep aración de los átomos de los compuestos que lo contienen. Durante éste p roceso se p ierde mucha eficien cia con respecto al crudo tomado de la tierra. La segund a op ción de obtención del hidrógeno sigu e siendo dep endiente de recursos fósiles con resultados contamin antes. La p rimera op ción que parece ser la más viab le a corto p lazo p or su facilidad de uso en hogares, es p oco eficiente y tiene el inconven iente de que la energía eléctrica que se requiere p ara el p roceso sea necesariamente obtenida d e fuentes renovables. Las fuentes renovables p ueden ser: energía del sol, del viento, hidroeléctricas, geotérmica, o en ergía nu clear. La tercera op ción aunque aún se encu entra en desarrollo en univ ersidades d estacadas alrededor del mundo, p arece tener grandes ben eficios en cu anto a contaminación y más imp ortante aun eficiencia frente a los otros p rocesos. Los resultados muestran que con una fuente de voltaje de 0.6 V se alcanzan eficiencias de 82%.. 1.2.2 El ciclo del hidrógeno La princip al fuente de hidrogeno en el p laneta es el agua. Cada molécula de agua tiene 2 átomos de hidró geno y uno de oxígeno. Si se toma el p roceso de electrólisis p ara la obtención del hidrógeno a p artir de la energía del sol p or medio de p aneles fotovoltáicos el ciclo que segu iría el hidrógeno sería como el que se muestra en la Figura 1.2.. 9.

(10) Figura 1.2 [6] Imagen tomada de nanotechnology and hydrogen economy.. Se toma una cantidad de agua y se le induce corriente eléctrica. La corriente eléctrica se p uede obtener de fuentes p rincipales de energía, en el caso de la Figura 1.2 se utilizó la energía solar, siendo esta una fuente renovable. La eficien cia de la producción de hidrógeno durante la electrólisis dep ende de la cantidad d e en ergía que se le induzca al sistema, el material que se utilice en los electrodos, así como el diseño del sistema de celda qu e se realice p ara los electrodos. De éste p roceso se obtiene oxígeno e hidró geno p uro. De éste proceso y p ara éste caso se requiere p rincipalmente el h idró geno. El o xígeno obtenido también p odría almacenarse y emp learse en otros casos donde se requiera como en la salud. El hidró geno entonces pasa a ser almacen ado. El almacenamiento del hidrógeno inicialmente se hace comprimiéndo lo en tanques especiales a p resiones elevad as de hasta 12,000 p si. Esto se lo gra p or medio de comp resores de d iafragma d e alta cap acidad esp eciales p ara el manejo de éste gas. Existen otras formas de almacenamiento del h idrógeno qu e se emp lean p rincipalmente p ara el transp orte del gas que serán exp licadas más adelante en éste documento.. 10.

(11) Una vez se tiene el h idró geno almacen ado ahora podrá ser utilizado como combustible y a sea en celdas de combustible, motores de combustión interna o soldadura. Éstos últimos tres son los p rincipales sistemas que n ecesitarían hidró geno. La celda de carga p roduce electricidad a p artir del h idró geno y el o xígeno. Ésta se utiliza actualmente en la industria automotriz para mover motores eléctricos p ero también p odría ser utilizada en hogares u otros disp ositivos que lo requieran. Los motores de combustión interna actualmente funcionan con recursos fósiles como la gasolina, diesel o gas natural. La idea es mod ificar los motores p ara que trabajen con hidrógeno p uro y diseñar nuevos motores con mejores materiales para el funcionamiento óptimo de éstos con el gas. Actualmente existen varias emp resas de automóviles que están trabajando con ésta tecnología como BMW con su auto Hydrogen 7. Finalmente la combustión normal de una salida de hidro geno a p resión gen era una llama intensa cap az de fundir muchos materiales que p odría ser emp leado como soldadura. Lo interesante d e los tres casos descritos anteriormente rad ica que en cualquiera de los tres, el p roducto final es agua p ura. Tanto en la celda d e carga como en la combustión del hidrógeno, el p roducto que se genera es la unión nuevamente de dos átomos de hidró geno con uno de oxígeno formando así agua p ura. Debido a las altas temp eraturas en los p rocesos de combustión en la soldadura y en el motor el agua producida se obtiene en su estado gaseoso como v ap or de agua. De ésta manera se da fin al ciclo del hidrógeno con agua o vap or de agua como p roducto final d el p roceso. El agua será nuevamente utilizada p ara la electrólisis y el vapor de agu a subirá a la atmósfera, se condensará y caerá nuev amente co mo lluv ia.. 1.2.3Almacenamiento del hidrógeno Existen diversas formas de almacenar el hidró geno. La forma más sencilla y económica es el almacenamiento en tanques metálicos a p resiones que varían entre los 5p si hasta 12,000 p si. Ésta comp resión se logra p or medio de co mp resores de diafragma esp eciales para trabajar con éste gas debido a los p eligros que éste envuelve. Éstos tanques existen en muchos tamaños con diferentes volúmenes de cap acid ad y se pueden transp ortar 11.

(12) fácilmente en vehículos así como se usa con el gas natural. Sin embargo, el ries go de cargar h idrógeno a tan altas p resiones es evidente. No d eja de ser igualmente peligroso el transp orte de gas natural a presiones de 3,000 p si en un automóvil. Además, es imp ortante resaltar que el tanque añade un p eso imp ortante al medio que lo transp orta. Existen otras dos formas de almacenamiento de hidrógeno que aún se encuentran en desarrollo e investigación. La p rimera se trata de un tanque fabricado con materiales compuestos aislantes que junto con vacío, llev an el hidrógeno gaseoso a la temperatura de licuefacción (–252.882 °C o -423.188 °F) [6]. Éste sistema prop orciona una forma d e almacenamiento y transp orte de hidrógeno mucho más eficiente p ero requiere de unos costos elevados. Además aún se requiere may or investigación e información resp ecto a estos tanques. Actualmente el automóvil de la BMW, el Hy drogen 7 emp lea éste tanque p ara el almacen amiento del hidrógeno. Emp resas de gases como AGA Fano también dicen utilizar ésta tecnolo gía p ara la distribución y almacen amiento del gas. La segund a forma se trata del almacenamiento en forma sólida en un químico llamado Borohidrato de sodio (NaBH 4). Éste químico se obtien e del Bórax, un p roducto natural encontrado comúnmente en los detergentes. Cuando el borohidrato de sodio libera el hidrógeno, este se conv ierte nuevamente en bórax y de ésta manera puede ser reciclado [7]. Cuando al borohidrato de sodio se le hace pasar agua con un catalizador esp ecial, el hidrógeno se libera de éste y queda como resultado hidrógeno, agua y bórax. La reacción química que describe éste proceso es: [8]. NaBH4 + 2H2O > 4H2 + NaBO2 catalizador. Actualmente la emp resa de automóviles Chrysler tiene un ejemp lar conocido como Natrium fuel cell min ivan que funciona con bórax como almacen ador del hidró geno y celda d e carga como generador d e energía.. 12.

(13) CAPÍT ULO 2 – El MOTOR 2.1 Descripción del motor Para el p resente proy ecto se trabajó con un motor de combustión interna d e cuatro tiempos estacionario de un solo pistón marca BRIGGS & STRATTON Intek OHV 206 I/C de 206 cc d e desp lazamiento. El motor se encu entra montado sobre un banco d e p ruebas de acero y le h a sido retirado el carburador y el tanque de la gasolina. La potencia máxima d el motor es de 6.5 HP dentro de un ran go de funcion amiento entre 2000 y 4000 RPM. Las curvas de desemp eño del motor suministradas p or el fabricante a una altura de 0 mts sobre el nivel del mar son:. Figura 2.1 [9] Curvas de desempeño del motor funcionando con gasolina a 0 mts sobre el nivel del mar proporcionadas por el fabricante.. 13.

(14) Es imp ortante resaltar que el motor sufrió un camb io en el y oy o de encendido y fue cambiado p or uno marcado con 5.5 HP en vez de 6.5HP. A continuación se p uede observar imágenes del motor al inicio del p roy ecto.. Figura 2.2 Imagen del motor al inicio del proyecto. Figura 2.3 Imagen del motor al inicio del proyecto. 14.

(15) 2.2 Estado del motor Continuando con el p roy ecto de grado de Adriana M oreno, se continuó con el mismo p rincip io de iny ección de hidró geno qu e se p rop uso el su p roy ecto de grado. Se realizó la p erforación de un conducto de 2mm de d iámetro que llegaría exactamente hasta el asiento de la válvu la d e admisión del motor. Al exterior de éste conducto se soldó un p equeño tubo de alu minio de 2 mm de d iámetro y 5cm de longitud. Por éste conducto se inyectó el hidrógeno a p resión. Además, se mecan izó una cuneta anular de 2 mm de diámetro alred edor del asiento de la válvula con el objetivo d e que por ésta fluy a el hidrógeno p or detrás del an illo de la válvula d e admisión. Finalmente se extrajo el an illo d e la v álvula de admisión y se le realizaron cuatro orificios de 0.8 mm de diámetro distribuidos equitativamente en el anillo y otros cuatro orificios de 0.6mm de diámetro distribuidos de igual man era. Las imágenes y p lanos de las modificaciones se muestran a continuación.. Figura 2.4 Imagen tomada del proyecto de grado de Adriana Moreno. 15.

(16) Figura 2.5 Imagen tomada del proyecto de grado de Adriana Moreno. Figura 2.6 Imagen del anillo extraído del motor con 8 orificios de diferentes tamaños.. 16.

(17) Tal y como se exp licó anteriormente se recibió el motor p ara el desarrollo de éste p royecto. La idea de las mod ificacion es realizadas se debe a que con éste sistema, la iny ección del hidrógeno al motor, y más esp ecíficamente a la cámara de combustión se realiza d irectamente al anillo de la válvu la d e admisión saliendo del conducto p or el asiento de la v álvula de admisión. De ésta manera, cuando la válvu la de admisión se cierra, se detien e el p aso de hidrógeno d entro de la cámara de co mbustión y cuando ésta se abre nuevamente, p ermite el paso del hidrógeno dentro de la cámara y solamente dentro de ésta debido al vacío que se está creando en ese instante del proceso del motor. Así, se reduce al máximo el backfire en el motor que es un a llama en retroceso que se devuelve p or la cu lata hasta la entrada d e aire del motor donde anteriormente se lo calizaba el carburador.. 2.3 Modificaciones en el motor En el estado en que se encontraba el motor al inicio del p roy ecto no estaba funcionando. El p roblema rad icaba en los ocho orificios d e diferentes tamaños qu e se le había hecho al anillo de la válvu la d e ad misión. La p rop uesta p ara la modificación del anillo era fabricar uno nuevo con tan solo cuatro orificios de 0.5mm de diámetro distribuidos a d istancias igu ales en el an illo.. 2.3.1 La culata Se procedió a retirar el an illo existente con el extractor de an illos fabricado por Adriana M oreno en su p royecto de grado y se realizaron los orificios como se tenía p ensado. Finalmente se p rocedió a asentar la válvula d e admisión sobre el nu evo anillo para garantizar el mejor sellamiento posible entre estos dos lo cual significaría la mejor compresión de los gases dentro de la cámara de combustión y evitar al máximo el backfire. El nuevo anillo con los orificios y el resultado final se ilustran a continuación.. 17.

(18) Figura 2.7 Imagen del nuevo anillo con los cuatro orificios de 0.5 mm cada uno.. Figura 2.8 Imagen de la culata con el nuevo anillo y el tubo de 2 mmde diámetro en el exterior.. 18.

(19) Luego de varios minutos de funcionamiento del motor se observó que la válvula de admisión no estaba realizando un sellado correcto con el asiento y esto se podía ver en que el motor no p arecía comp rimir correctamente y además p ermitía el p aso constante de hidrógeno a la cámara de combustión. Éste p roblema se corrigió aflojando un p oco el tornillo que sujeta el sop orte que se conecta con la válvula y de ésta manera el resorte de la válvula de admisión p odría abrirse un p oco más p ermitiendo cerrar correctamente la válvula con el an illo. Los sop ortes y resortes que se mencionan anteriormente se p ueden observar en las siguientes imágen es.. Figura 2.9 Imagen de los resortes y soportes de las válvulas .. Además se desbarató el motor comp letamente en sus p artes p ara ser limpiado y revisado y debido a esto fue necesario comprar nuevamente los emp aques del bloque del motor y. 19.

(20) culata. El motor en su interior se encontraba en p erfecto estado y éste p arecía hab er tenido muy p oco uso.. 2.3.2 El carburador El carburador es una p ieza que se en cuentra lo calizada en la entrada del aire del motor. En ésta p ieza se realiza la mezcla de aire y combustible. Además, el carburador tiene dos mariposas que regulan el p aso del aire hacia la cámara de combustión. La p rimera mariposa se conoce como el choque y la segunda es la que regu la las revoluciones del motor. A medida que se abre más la marip osa externa, p ermite la entrada de may or cantidad de aire hacia el motor y ésta crea un v acío p or el du cto donde se mu eve qu e hace que se atraiga may or o menor cantidad de gasolina dep endiendo d e la cantidad de aire. El carburador fue elimin ado en el motor en los p royectos de grado anteriores con la idea de que se necesitaba la may or cantidad de aire p osible y la velocidad del motor dep endería exclusivamente de la cantidad d e hidró geno qu e se le inyectara.. Figura 2.10 Imagen de la culata sin carburador. El hueco grande es la entrada libre del aire.. 20.

(21) Luego de varios intentos sin carburador, se llego a la conclusión de qu e la cantidad d e aire que estaba entrando al motor era excesiv a y p or tanto la mezcla era rica en aire y p obre en hidrógeno lo que gen eraba una constante p re-detonación del motor. Esta p re-detonación significa que estaba entrando más aire de lo que el motor necesitaba p ara una cantidad de hidrógeno que era constante y la alta presencia d e aire en la mezcla genera may ores temperaturas de combustión y éstas temperaturas se concentran dentro de la cámara de combustión en zonas conocidas como pun tos calientes y cuando la sigu iente mezcla d e gases entraba a la cámara desp ués del ciclo del motor, ésta se quemaba antes de tiemp o. Debido a esto se decidió instalar nuev amente el carburador del motor eliminando las p iezas que se utilizan con la gasolina p ara facilitar el ensamble. El motor con el carburador se p uede observar a continuación.. Figura 2.11 Imagen del carburador instalado.. 21.

(22) CAPÍT ULO 3 – FUENT E D E HIDRÓGENO Y ALMAC ENAMIENTO 3.1 Generador de hidrógeno El hidró geno se obtuvo de un generador de h idró geno puro marca Gen eral Electric con 3. cap acidad para generar 800 cm /min de hidró geno a una p resión máxima de 60 p si. El gen erador funciona con una celd a de hidró geno qu e separa el hidró geno y el oxígeno de agu a destilada p or medio de electricidad. Con solo agregar agua des ionizada y destilada a la máqu ina y encenderlo, éste p roduce hidrógeno p uro. Es necesario tener en cuenta que ésta máquina p osee un filtro de humedad a b ase de gel sílica que necesita ser secado constantemente en un horno a 130°C p ara garantizar el buen funcion amiento. El generador de hidró geno General Electric se muestra en la siguiente imagen.. Figura 3.1 Imagen del generador de hidrógeno marca General Electric.. 22.

(23) 3.2 Almacenamiento del hidrógeno El cilindro de gas que se venía utilizando p ara el almacen amiento del hidrógeno p ara ser utilizado en los p roy ectos de grado referentes al motor BRIGGS & STRATTON no cumplía las reglas de segurid ad industrial p ara el hidrógeno p or lo cual fue sustituido p or uno más p equeño. El nuevo cilindro se p uede observar a continuación.. Figura 3.2 Imagen del cilindro utilizado con el sistema de regulación .. 3. El cilindro de gas que se utilizó p ara éste p roy ecto, con cap acidad de 0.5m , inicialmente tenía un manó metro y una válvula reguladora de presión de escala con cap acidad p ara 400 p si de p resión. Posteriormente estaba conectada una man guera d e teflón con recubrimiento y acop les de acero ino xidab le. A ésta man guera se le con ectaba un a p equeña mangu era de silicon a que iría conectada al tubito de 2mm de diámetro que se soldó en la cu lata p ara la entrada del hidrógeno. La válvu la regu ladora se ilustra en la sigu iente imagen. 23.

(24) Figura 3.3 Imagen de la válvula reguladora de 400 psi.. Los p rimeros intentos de encendido del motor con hidrógeno y el montaje anteriormente descrito, mostraron que el problema qu e se estaba p resentado se deb ía a que el hidró geno que estaba entrando al motor no era constante. En otras palabras, a p esar de que la p resión de salida de la válvula reguladora se mantenía constante (p resiones entre 5 y 15 p si), la ésta p arecía no p oder mantener esa p resión constante y en el momento en que se intentaba encender el motor, la p resión en la válvu la caía esto debido a que el vacío que generaba el motor era may or a la regu lación que era cap az de hacer misma. Gracias a esto se instaló un p equeño cilindro de extin guidor de incendios completamente 3. limpio y adaptado p ara el sistema con cap acidad p ara 0.1 m después de la válvula regu ladora de p resión. Además se instaló un nu evo manómetro con un a escala máxima d e 15 psi de presión y una válvula de bola a la salida. El objetivo de éste cilindro era almacenar una p equeña cantidad de h idrógeno desp ués de la válvula regu ladora y antes del motor para garantizar una p oca cantidad d e hidró geno a la p resión desead a y así regu lar mejor la salid a del hidró geno al motor. El sistema se puede observar a continuación.. 24.

(25) Figura 3.4 Imagen de de tanque pequeño, manómetro de 15 psi, válvula reguladora de 400 psi y válvula de bola.. Finalmente y a p esar de que los resultados mejoraron, la regulación del hidró geno no era del todo buena. La conclusión final a la qu e se llegó fue que la válvula reguladora de p resión que se estaba utilizando manejara una escala muy sup erior a los valores de p resión a los que se deseaba llegar p or lo tanto su funcionamiento en esos valores era muy malo. Por ésta razón, se decidió camb iar la válvu la p or otra con una escala máxima d e 60 psi. Además de esto se eliminó el manómetro a la salida del cilindro p equeño p uesto que se trabajaría con p resiones sup eriores a los 15 p si. La válvula regu ladora de p resión se muestra en la Figura 3.5.. 25.

(26) Figura 3.5 Imagen de la válvula reguladora con escala máxi ma de 60 psi.. CAPÍT ULO 4 – INS TRUMENTAC IÓN Se realizó un montaje temporal de sistemas de medición que incluy e un sensor de efecto hall p ara la med ición de las revoluciones del motor, un freno hidráulico p ara medir el momento p ar del motor, una celda de carga p ara medir ese momento p ar, una termocup la p ara medir la temperatura de los gases a la salida d el motor, y un medidor de gases d e combustión. La celd a de carga y la termocupla fueron alimentados con voltaje directo de +-10V mientras que el sensor de efecto Hall fue alimentado con +-5 Vdc. La celd a de carga y la termocup la se conectaron a una tarjeta d e adqu isición d e datos marca National Instruments y los datos fueron tomados en el software esp ecializado p ara ésta tarjeta llamado Labv iew. Los datos que se tomaron p ara éstos dos fueron los voltajes de salida. M ientras tanto, p ara el sensor de efecto Hall se utilizó una tarjeta de adquisición de datos marca Labjack y el software DAQFactory exp ress.. 26.

(27) 4.1 Sensor de efecto Hall Para las mediciones de las revo lucion es del motor se instaló un sensor de efecto hall convencion al. En el volante que se encuentra instalado en el eje del motor se p egó un imán que sería el contador de las vueltas del motor. El sensor contiene un imán en su interior que al sentir un camb io de camp o magnético al pasar el imán en el volante cerca a él, genera un camb io de vo ltaje que se refleja como un imp ulso en la tarjeta de adquisición de datos y p osteriormente en el software. Para esto, es necesario que el imán en el vo lante se p onga de tal manera que la cara que pasa cerca al sensor tenga el polo op uesto a la cara del sensor. El software entonces se p rograma para que calcule p or cada minuto cuántas veces se generan impulsos y de ésta manera se d eterminan las revolucion es p or minuto del motor. El montaje se p uede observar en la Figura 4.1.. Figura 4.1 Imagen del sensor de efecto Hall y el imán pegado al volantedel motor.. 27.

(28) 4.2 Freno hidráulico Continuando con el p roy ecto de grado de Camilo Umaña en el cual d iseñó un freno hidráulico que funciona como una bomba rotodinámica de tip o regenerativo p ara la medición de torque y p otencia, se instaló nuevamente éste freno en el eje d el motor. El freno no se en contraba en muy buen estado, estaba sucio y frenado. Fue necesario limpiar y lubricar los rodamientos y cambiar las man gueras p ues se requerían un as más largas p ara poder conectarlas a un tanque de agu a que se ub icaría un metro p or encima del motor. Debido a que no se lo gró revo lucion ar el motor a la capacid ad máxima qu e es cap az, es decir que no se logró sacar toda la p otencia del motor esto debido a la escases de hidrógeno con la que se trabajó, el freno no era cap az de bombear agua si el niv el d e ésta se encontraba p or debajo del freno, p or lo tanto fue necesario elevar el tanque para p ermitir que el agua llegara hasta el freno p or gravedad. De ésta manera el freno sí logró bombear agua hacia arriba hasta el tanque. El freno y el montaje d e éste se muestran a continuación.. Figura 4.2 Imagen del freno hidráulico instalado .. 28.

(29) Figura 4.3 Imagen del freno y el tanque por encima.. 4.3 Celda de carga Para la medición del momento p ar que genera el motor se utilizó una celda de carga marca Omega con cap acidad p ara una carga máxima de 100 lbs. Cuando el metal d el cu al está hecho la celda de carga sufre algún tip o de estiramiento o compresión éste se ve reflejado en una diferencia de voltaje que en el software se observa como una gráfica d e vo ltaje en función del tiemp o. Para éste caso se decidió ubicar la celda de carga de tal man era que ésta fuera sometida a tensión. Fue necesario instalar una columna vertical p ara la instalación de la celd a que sería conectada al freno h idráulico p or medio de una cuerda de ny lon con co eficiente de elasticidad mínimo. El montaje se muestra en la Figura 4.4.. 29.

(30) Figura 4.4 Imagen del montaje de la celda de carga.. La celd a de carga fue necesario calibrarla p ara garantizar que los valores de voltaje de salida qu e ésta marcaba fueran coherentes y de ésta manera se p udiera determin ar para cierto valor de voltaje a qué carga equivalía. La calibración se realizó con unas masas conocidas y exactas de 5 y 1 Kg. La curva de calibración fin al y la ecuación de la curv a fueron.. Calibracion Celda de carga 14. y = 0.0192x ‐ 1.1157. 12. lbs. 10. Series1. 8. Lineal (Series1). 6 4 2 0 0. 200. 400. mVdc. 600. 800. Gráfica 4.1 Curva de calibración de la celda de carga y ecuación de la curva.. 30.

(31) Figura 4.5 Imagen del montaje realizado para calibrar la celda de carga.. 4.4 Termocupla Para la medición de la temp eratura de salida de los gases de combustión del motor se utilizó una termocupla tip o K (chromel-alumel). La termocup la tiene dos metales distintos que p roducen un voltaje que es función de la diferencia de temp eratura entre el p unto caliente y el p unto frio. La termocup la tamb ién fue n ecesario calibrarla. La calibración se hizo calentando agua hasta el punto de ebullición y con un termop ar que mid e la temperatura se midió al mismo tiemp o que se determinó el voltaje para éste valor. Lo mismo se hizo p ara un ambiente frio con hielo dentro de agua. El procedimiento y la curva de calibración con la ecuación se muestran a continuación.. 31.

(32) 1.. 2. Figura 4.6. Imagen 1) calibración dela termocupla con agua hirviendo. 2) calibración de la termocupla con agua fría y termocupla digital.. °C. Calibración Termocupla. ‐500. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0. y = 0,097x + 14,55 Series1 Lineal (Series1). 0. 500. mVdc. 1000. Gráfica 4.2 Curva de calibración de la termocupla y ecuación de la curva. 32.

(33) 4.5 Analizador de gases de escape Uno de los temas más imp ortantes en la combustión d el h idró geno en un motor de cuatro tiempos comp arado con la combustión de gasolina es el de los gases de escap e. En la quema de gasolina se p roducen una serie d e gases contaminantes y toxicos mientras que en la d el h idró geno se sup one que el único p roducto del proceso es agua. Por medio d e un analizador de gases de escap e marca Testo 330 se comp robó éste resultado.. Figura 4.7 Analizador degases marca Testo 330.. CAPÍT ULO 5 – RES ULTADOS 5.1 Revoluciones del motor Los resultados obtenidos de la medición de las revolu ciones con el sensor de efecto Hall son una serie de imp ulsos que determinan el número de vueltas del motor por minuto. Cabe anotar que el software cuenta las revo lucion es p or segundo y es necesario hacer la conversión a minutos p ara los cálculos finales. Es imp ortante exp licar el método que se utilizó p ara el control de las revoluciones del motor. Después de varios intentos, se concluy ó que al p ermitir mucho paso de aire dentro del motor, éste co menzaba a sufrir p re detonaciones. Esto significa qu e al dejar la v álvula del choque abierta y sólo controlar la marip osa del p aso del aire, el motor comenzaba a trabajar mal. Por esto se llegó a la conclusión de que era necesario cerrar la marip osa del 33.

(34) aire y sólo controlar la de choqu e. La marip osa del aire tiene dos orificios redondos d e 0.5 cm cada uno. Esto significa que el funcionamiento óp timo del motor con hidrógeno es cuando se restringe correctamente el flujo de aire.. 5.2 Curva de voltaje de celda de carga Los datos obtenidos en Labv iew para el voltaje de salid a de la celda d e carga se muestran en una gráfica de voltaje en fun ción del tiemp o. Según la curva d e calibración que se obtuvo p ara la celda se reemp lazan los valores de los voltajes por los de la carga. Cab e anotar que ésta gráfica p osee mucho ruido qu e p ara efectos de resultados fue eliminado en las gráficas de torque y p otencia del motor Los resultados p ara una p resión de entrada del hidrógeno de 15 p si se muestran a continuación.. Fuerza del motor a 15psi. 0,2. Vdc. 0,15 0,1. Series1. 0,05 0 0. 50. 100. 150. Tiempo. 200. 250. 300. 350. Gráfica 5.1 Curva de voltaje en función del tiempo queda Labview para la celda de carga y una presión de hidrógeno de 15 psi.. 5.3 Curva de voltaje de termocupla Al igu al que lo qu e se hizo con la celda de carga, las gráficas de voltaje y temp eraturas p ara la termocup la según la calibración h echa anteriormente son:. 34.

(35) Temperatura motor a 15psi. 2,5 2. Vdc. 1,5 Series1. 1 0,5 0 0. 50. 100. 150 tiempo 200. 250. 300. 350. Gráfica 5.2 Curva de voltaje en función del tiempo que da Labview para la termocupla y una presión de hidrógeno de 15 psi.. 5.4 Gases de escape Se realizaron med icion es p ara el fun cionamiento del motor a 15 p si de p resión y los valores p ara condiciones amb ientales. Los resultados se muestran a continuación.. 1.. 2. Figura 5.1 Imágenes 1) resultados para condiciones ambientales. 2) resultados del motor funcionando con 15 psi de presión.. 35.

(36) Tabla 5.1 Resultados en el analizador de gases para condiciones ambientales y para el motor trabajando a 15 psi.. CAPÍT ULO 6 – ANÁLIS IS DE RES ULTADOS 6.1 Curvas de torque y potencia Para la realización de las curvas de torque y p otencia del motor fue necesario p rimero reemp lazar los valores de tiemp o en la gráfica p or los de RPM obtenidos con la celda de carga. Para obtener la gráfica d e torque d el motor a p artir de la de carga se d ebe segu ir la ecuación de torque que es:. Donde P es la carga ap licada y x el brazo p erp endicular a la carga. El brazo en éste caso es el rad io del freno h idráulico equivalente a 13.5 cm de largo. Realizando ésta op eración, la curva d e torque del motor a 15 psi se p uede ver en la Gráfica 6.1.. 36.

(37) Curva de torque del motor con hidrógeno a 15 psi. 1 0,9 0,8. ft‐lbs. 0,7 0,6. Series1. 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 1260. 1360. 1460. 1560 RPM. 1660. 1760. 1860. Gráfica 6.1 Curva de torque del motor con hidrógeno a 15 psi.. El torque es may or cuando las revoluciones del motor son menores, o sea el motor se encuentra sometido a carga, en éste caso el esfuerzo cortante que le ejercía el agua en el freno hidráulico.De igu al manera, la p otencia del motor se obtiene de la ecuación:. Donde T es el torque y w son las revolucion es p or minuto. Así, la p otencia del motor a 15 p si es:. 37.

(38) HP. Curva de potencia del motor con 15 psi de entrada 0,04 0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0. Series1. 1260. 1460 RPM 1660. 1860. Gráfica 6.2 Curva de potencia del motor con hidrógeno a 15 psi. Es imp ortante anotar que para una p resión de entrada de 15 p si el máximo de revoluciones cap az de p roducir el motor fue d e 1900 rpm. Para lo grar may ores revolucion es y p or ende may or p otencia, es necesario au mentar la p resión de entrada del hidró geno. No fue p osible hacer éstas mediciones puesto que la cap acidad del cilindro de gas no era suficiente p ara tales cantidades. El método que se utilizó para generar la gráfica de torque fue encend er el motor a la p resión deseada (15p si) con la marip osa de la entrada de aire comp letamente cerrada y abriendo co mp letamente la d el choque, es d ecir, tratando de obtener la máxima velocidad. Una vez se lo gró esto, se emp ezó a abrir lentamente la válvula de bola qu e permitió el p aso del agua d esde el tanque h acia el freno hidráu lico y al mismo tiemp o que el motor comenzó a frenarse y el freno inició su trabajo de halar la celda de carga. Los valores de la curv a d e potencia p ara los HP son muy inferiores a los de la curva real de potencia del motor con gasolin a. Esto se debe a que la p otencia del motor disminuye sustancialmente al trabajar con hidró geno. Además, esto también se le p uede atribuir a la cantidad d e hidrógeno que se le inyectó al motor. De haber tenido may or cantidad del gas almacenado, se hubiera podido incrementar la p resión de entrada a la cámara d e combustión 38.

(39) 6.2 Análisis de gases contaminantes La tabla d e resultados de los gases contamin antes p roducidos en la co mbustión del hidrógeno muestra una p roducción d e CO 2 de 4.46%. Éste resultado es inesp erado p ara las condicion es del combustible que se está utilizando. Lo esp erado y óptimo hubiera sido que el p orcentaje de CO 2 fuera cero, p ero la razón p or la cual esto no ocurrió se debe a una p equeña cantidad de aceite que estaba p asando desde el cárter hacia la cámara de combustión. En la siguiente imagen se p uede observar cómo en la p ared de color blanco quedan p lasmadas un as p equeñas gotas oscuras. Éstas gotas son residuos del aceite qu e fue quemado y el causante del CO 2 que se p rodujo. 6.3 Cantidad de hidrógeno consumido por revolución La cantidad de hidró geno que entra a la cámara de combustión por cada revolución es un tema de gran imp ortancia p ara éste p royecto. Conocer el vo lumen exacto y por ende la masa es un tema que quizá se encuentra p or fuera de las cap acidades de éste p roy ecto p orque requiere de unos equip os y sensores que no se tienen. Por ésta razón se realizó un cálculo ap roximado de la cantidad teórica que d ebe estar entrando de hidró geno dentro del motor. Primero es necesario anotar que debido a que se está dejando fija la marip osa reguladora del aire a la entrada del carburador y ésta tiene dos huecos como se dijo inicialmente, en éste lugar se genera turbulencia. Además, desp ués de que se abre la válvu la de admisión y se p ermite la entrada d e aire e h idró geno d entro de la cámara d e co mbustión se genera nuevamente turbulencia. Se utilizará la ecuación de Bernoulli p ara el cálculo teórico de la presión interna del motor. De acuerdo a las anotaciones hechas anteriormente con resp ecto a la entrada del aire, existen dos situaciones en el recorrido del aire hasta la cámara de combustión que se deben tener en cu enta en la ecuación. Esto se muestra en los siguientes cálculos.. 39.

(40) La ecu ación d e Bernoulli para el sistema es: 1 2. 1 2. Donde los valores de V1 y V2 resp ectivamente son: 2. 2. Donde n son las revo luciones del motor en Hz, A1 es la suma de las áreas d e los orificios en la marip osa y A2 el área del anillo. Reemp lazando éstos valores y reorganizando la ecuación resulta: ú. 2. 2 Ahora es necesario calcular la masa de los gases que salen de la combustión que llamamos masa aire a la salida. ó. é. Los valores de las variab les necesarias p ara el cálculo en Bo gotá son:. Tabla 6.1 Tabla de los valores de las variables para el cálculo de la cantidad de masa del aire a la salida del motor.. 40.

(41) Los valores de las revolu ciones se calcu laron entre 1800 y 4000 RPM o 30 y 66.67 Hz. La masa de aire a la salida de la co mbustión es entonces:. Masa de aire a la salida de la combustión 1,87E‐04 1,86E‐04. Kg. 1,85E‐04 1,84E‐04 Series1. 1,83E‐04 1,82E‐04 1,81E‐04 1,80E‐04 1,79E‐04 1,78E‐04 1800. 2800 RPM. 3800. Gráfica 6.3 Curva de la masa del aire a la salida del motor por revoluciones.. La combustión estequiométrica o teórica de la combustión de hidró geno y oxígeno está dada p or: O. 2H. 2H O. Es necesario calcu lar el número de moles del N2 p ara determinar el total de moles en el aire desp ués de la co mbustión. El cálculo del número de mo les de N2 se obtien e d e la siguiente manera: Moles de N en el aire 1 mol de O. Moles de O % %. 79% de N en el aire 21% de O en el aire =3.762 moles de N. El número de moles en el aire es entonces: 41.

(42) Número de moles en el aire 1. 3.762. moles de N. moles de O. 4.762 moles de aire. El porcentaje ocupado p or el hidró geno en la cámara de combustión p ara una mezcla estequiométrica es: volumen en moles de H volumen total. %H. volumen de H volumen de aire volumen de H 2 4.762. 2. 29.6% de H. Entones, al multip licar la masa de aire a la salid a de la combustión p or 0.3 se obtiene la masa de hidrógeno a la salida del motor. Esta es:. Masa de hidrógeno a la salida 5,60E‐05 5,55E‐05 5,50E‐05 Kg. Series1 5,45E‐05 5,40E‐05 5,35E‐05 1800. 2300. 2800 RPM. 3300. 3800. Gráfica 6.4 Curva dela masa de hidrógeno que sale del motor por revoluciones .. 42.

(43) A medida que aumentan las revolucion es, la cantidad de hidró geno que entra a la cámara de combustión disminuy e. Esto significa que la cantidad de aire qu e debe estar entrando aumenta a med ida que b aja la de hidrógeno. Sin embargo la diferencia de masa de hidrógeno entre 1800 y 4000 rp m es muy pequeña, casi insign ificante.. CAPÍT ULO 7 – RECOMENDACIONES A TEN ER EN CUENT A PARA PROYECTOS FUTUROS • Quizás el may or inconveniente que existió p ara la realización del p roy ecto y en gen eral es un p roblema al cual se ve enfrentada la cien cia al querer reemp lazar al p etróleo p ara los motores de combustión interna, se debe al almacenamiento del hidrógeno. Lastimosamente no se contaba con un a cantidad abundante de hidrógeno por lo tanto las p ruebas realizadas eran muy limitadas y de muy corto tiemp o. Por eso la recomendación p ara proy ectos futuros que tengan que ver con motores alimentados con hidrógeno es mejorar el suministro de hidrógeno p ara el motor. • A p esar de que la potencia del motor se reduce según la teoría casi a la mitad con hidrógeno que con gasolina, es imp ortante verificar y cerciorarse del buen funcionamiento de la celda d e carga y la calibración de la misma. Por cuestiones de tiemp o y facilidad así co mo por el p roblema del suministro del h idró geno no fue p osible realizar p ruebas sup eriores a 15 p si de p resión de entrada ni repetir ésta p rueba varias veces. Es importante p ara proy ectos futuros realizar may or número de p ruebas a diferentes presiones de entrada teniendo en cuenta que el motor actualmente se encuentra funcionando b ien. • También es imp ortante mejorar el control de la entrada de hidrógeno al motor con una válvula regu ladora de p resión p ero de p recisión. En otras palabras, garantizar el sumin istro constante y exacto de hidró geno al motor p ara así tener mejores resultados en las p ruebas y en el funcionamiento del mismo.. 43.

(44) CONCLUSIONES El desarrollo del p resente proy ecto muestra un ap orte muy importante p ara la in gen iería en tema d el medio amb iente. Princip almente la imp ortancia p ara la in geniería radica en el p roblema medio ambiental más que en econó mico p or los elevados p recios del p etróleo. Aunque sea con una p equeña muestra, un motor de 200 cc de cuatro tiemp os que p robablemente tan solo serviría p ara un a moto, la imp ortancia radica en demostrar que un motor convencional con una p equeña modificación sí serviría con hidró geno. El tema más imp ortante del p royecto se encuentra en el sistema d e iny ección que se diseñó y se utilizó para el hidrógeno. Luego de realizar una investigación p rofunda en el tema del h idró geno co mo co mbustible p ara motores de combustión interna, no fue p osible encontrar un sistema de inyección igual al imp lementado en éste p roy ecto. Las p rop uestas que hay alrededor del mundo la iny ección se hace p or el carburador o con iny ectores eléctricos. La iny ección directa del hidró geno en el an illo d e la válvu la de admisión fu e una prop uesta hecha p or el p rofesor Jaime Loboguerrero PhD, y se ha estado llevando a cabo en los laboratorios de la Universidad d e Los Andes p or un p ar de años p or diferentes estudiantes en sus p roy ectos de grado. En éste p roy ecto se logró p oner a funcionar el motor y se cump lió el objetivo p rincipal de poner en marcha el motor. Además es imp ortante resaltar que el fun cionamiento con éste sistema d a muy buen resultado y se elimina el backfire que se presenta constantemente. Además se demostró que los gases p roducidos son eliminados casi totalmente, y si se compara con los gases que se p roducen en la combustión de la gasolina la diferencia es devastadora. Esto demuestra la limp ieza de la quema del h idró geno y p orqué sería un excelente reemp lazo p ara el p etróleo. También se debe anotar que el p roblema p rincip al rad ica en el almacen amiento del hidrógeno. Aún esto se en cuentra en desarrollo a nivel mund ial, p ero la invitación es para p royectos de grado futuros diseñar formas eficientes y económicas. p ara el. almacenamiento del gas. Igualmente se debe investigar cómo obtener la may or cap acidad del hidró geno en la combustión, es d ecir, cómo garantizar que la p otencia de un motor no se reduzca de tal man era cuando se p asa de gasolina a hidró geno. 44.

(45) La curva de p otencia muestra un máximo de 0.035 HP a 1300 RPM . Aunque éste resultado no es muy satisfactorio, ésta es una buena muestra de los resultados obtenidos p ara éste p roy ecto. Es imp ortante resaltar que la gráfica obtenid a es un a base para futuros desarrollos con el motor. Se deb en realizar p ruebas futuras con p resiones de entrada d e hidrógeno sup eriores a los 15 psi y lograr encontrar la cantidad en la cual el rendimiento del motor es óp timo. También se debe revisar las instalaciones de los equip os de medición, calibraciones y el ruido que se presenta en la toma d e los datos. En cuanto al consumo del hidró geno calculado p ara el motor, con un consumo máximo d e -5. -5. 5.57E kg a 1800 RPM que baja h asta 5.35E kg a 4000 RPM , se observa que ésta variación es mín ima. Además se debe resaltar que el consumo p or revolución es muy p equeño y a medida que el motor se acelera, el p aso de hidró geno a la cámara d e combustión se hace menor al mismo tiemp o que aumenta la entrada del aire. Esto significa que p or cad a ciclo del motor entra una cantidad muy pequeña de h idrógeno pero a medida que se revoluciona más el motor el tiemp o que p ermanece abierta la válvula de admisión se disminuy e p rop orcionalmente y p or ésta razón disminuy e la cantidad de hidrógeno que entra al motor. A pesar de que las cantidades del gas que se iny ectan al motor son tan p equeñas p or revolución, la cantidad del gas en el suministro, en este caso el cilindro de gas se disminuy e a gran v elocidad. Esto se debe a que las p rop iedades del hidrógeno no favorecen a éste p roceso p uesto que el gas es muy liviano y la densidad es 3. mínima entonces a pesar de qu e se almacen an 0.5 m de hidró geno a 60 p si en el cilindro, comparado con cualquier otro gas, la masa del hidró geno es muy inferior.. 45.

(46) REFERENCIAS Y BIB LIOGRAFÍA • [1] Recup erado de http ://auto.howstuffworks.com/engin e1.htm el 15 de Diciembre de 2008 • [2] Recup erado de http ://auto.howstuffworks.com/hy drogen-economy 4.htm el 15 de Diciembre de 2008 • [3] Recup erado de http ://en.wikip edia.org/wiki/Electrohy drogenesis el 15 d e Diciembre de 2008. • [4] Recup erado de http ://www.sense.nl/graduations/2648 el 15 de Diciembre d e 2008. • [5] Recup erado de http ://www.p nas.org/content/104/47/18871 el 15 de Diciembre de 2008 • [6] Recup erado de http ://www.google.com.co /imgres?imgurl=http://nanop edia.case.edu /image/hy dro gen.cy cle.JPG&imgrefurl=http ://nanop edia.case.edu/NWPage.p hp %3Fpage%3Dn ano.hy drogen.economy &h=427&w=622&sz=35&tbnid=Suq8czkDAmTM_M ::&t bnh=93&tbnw=136&p rev=/images%3Fq%3Dhy drogen%2Bcy cle&us g=__5Y3Qz M 90hPe3v1NgrMZCAAbXQVk=&sa=X&oi=image_result&resnum=1&ct=imag e&cd=1 el 15 d e Diciembre d e 2008. • [7] Recup erado de http ://auto.howstuffworks.com/hy drogen-economy 5.htm • [8] Recup erado de http ://www.batteriesdigest.com/sodium_boro_hy dride.htm el 15 de Diciembre de 2008. • [9] Tomado de el manual del motor Briggs & Stratton Intek OHV 206. • American Society of M echanical En gineers. Reciprocating internal-combustion engines.1973 • Beckwith, Thomas G. Mechanical measurements. Editorial Prentice Hall. 6ta ed, 2007. • El 15 de Diciembre de 2008. • Ferguson, Colin R. Internal combustion engines : applied thermoscien ces. Editorial Wiley . Segund a edición.. 46.

(47) • Free Patents online. Pressure gauge for combustion chamber of an internal combustion. engine.. Consultado. el. lunes. 5. de. Noviembre. de. 2007. http ://www.freep atentsonline.com/7270099.html • Lobogu errero, Jaime. ¿ Y de la Energía que?. Octubre 6 de 2006 • Making Sweden an oil-free society. Commision on Oil Indep endence. 21 de Junio de 2006 • M oreno Robinson, Adriana del Pilar. Director: Jaime Lobo guerrero U. Implementación y análisis sistema de alimen tación d e hidrógeno para un motor de combustión interna. 2007 • Obert, Edward Frederic. Motores de combustión interna : análisis y aplicaciones. Editorial continental. 1966 • Pressure. Análisis.. Consultado. el. 5. de. Noviembre. de. 2007. http ://www.eng.warwick.ac.uk/o el/courses/en gin e/ic025.htm • Pressure Gauges and Switches. Consultado el Lunes 5 de Noviembre d e 2007 http ://www.omega.com/literature/transactions/volu me3/pressure2.html. • Ruíz Umaña, Camilo Francisco, director: Jaime Lobo guerrero U. Diseño de un sistema de inyección para la conversión de un motor de gasolina a hidrógen. 2006 • Sher, Eran. Handbook of air po llution from internal combustion engin es : pollutant formation and contro. Boston academic p ress. 1998 • Sonntag, Rich ard Edwin. Fundamenta ls of thermodynamics. Editorial Wiley . 6ta edicion. 2003 • Verstraeten Stefaan, Sierens Roger, Verhelst Seb astian. A high speed single cylind er hydrogen fuelled internal combustion engin e. 2004 • Xiaoguo Tang, Daniel M . Kabat, Robert J. Natkin, William F. Stockhausen, Ford P200 hydrogen engin e Dynamometer Development. 2002. 47.

(48)