ESTUDIO Y ANÁLISIS DE LA IMPLEMENTACIÓN DE UN GENERADOR DE HHO DE CELDA SECA PARA SU APLICACIÓN EN MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA.
ANGEL ORLANDO ORL ANDO DIAZ REY RE Y JHONATAN EDUARDO GONZÁLEZ GIL
UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD INDUSTRIAL INDUSTRIAL DE SANTANDER SANTA NDER FACULTAD FACULTA D DE INGENIERÍAS INGENIERÍAS FISICOMECÁNICAS FISICOMECÁNICAS ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA BUCARAMANGA 2016
ESTUDIO Y ANÁLISIS DE LA IMPLEMENTACIÓN DE UN GENERADOR DE HHO DE CELDA SECA PARA SU APLICACIÓN EN MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA.
ANGEL ORLANDO DIAZ REY JHONATAN EDUARDO GONZÁLEZ GIL
Trabajo de grado para optar el título d e ingeniero mecánico
DIRECTOR OCTAVIO ANDRES GONZÁLEZ Ingeniero Mecánico
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERÍAS FISICOMECÁNICAS ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA BUCARAMANGA 2016
2
CONTENIDO
Pág. 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
05
2. JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA
06
3. OBJETIVOS
07
3.1 Objetivo general
07
3.2 Objetivos específicos
07
4. MARCO TEORICO
08
5. ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN RECOPILADA
12
6. GESTIÓN DE TRABAJO DE GRADO
14
6.1 ETAPA PARA DESARROLLO DEL PROYECTO
14
6.1.1 Planificación
14
6.1.2 Construcción
14
6.1.3 Pruebas
14
6.1.4 Documentación
14
6.2 DIAGRAMA DE GANTT
16
6.3 IDENTIFICACIÓN DE LOS RECURSOS NECESARIOS
17
6.4 PRESUPUESTO
18
3
LISTA DE TABLAS
Pág. Tabla 1. Diagrama de Gantt
16
Tabla 2. Presupuesto
18
.
4
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En la actualidad es notorio el aumento indiscriminado de la contaminación a nivel mundial, son varios los factores influyentes en esta situación dentro de los cuales cabe resaltar con un mayor impacto, los residuos sólidos
y las emisiones
contaminantes producida por la quema de combustibles fósiles, productos derivados del petróleo, centrándonos en este último, el cual es el que más impacto ocasiona, teniendo en cuenta que casi en su totalidad los vehículos, maquinaria agroindustrial y generadores eléctricos son movidos por gasolina o diésel, haciendo de estos una fuente de gases invernadero y contaminantes y afectando así la calidad de vida de las personas. Al no haber una oferta fuerte de otras alternativas de energía hace que el consumo de los combustibles tradicionales, sea de carácter necesario para el funcionamiento de los automotores y demás maquinas que requieren de este como fuente energética, debido a la gran demanda, la producción de estos combustibles se hace de manera exagerada para así poder cumplir con el requerimiento que la sociedad actual necesita. En el mundo se han planteado muchos métodos que pretenden cumplir con la función de fuente energética, pero la mayoría de estos no tienen un respaldo científico que verifique su funcionalidad y eficiencia, este es el caso del sistema de celda seca generadora de oxihidrogeno o gas HHO, el cual se basa en la acción de la electrolisis del agua para disociar las partículas de hidrogeno y oxígeno, del agua y poder aprovecharlas en el proceso de combustión de los motores, este sistema de producción de combustible alternativo se ha implementado en muchos países por personas entusiastas que buscan una manera de energía limpia y económica de la cual puedan se vean beneficiados y a la vez, beneficien el medio ambiente, siendo este una manera de utilizar menos los combustibles convencionales y representando un significativo ahorro.
5
2. JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA
Mundialmente se hacen esfuerzos día a día para encontrar soluciones viables a la demanda energética de la población, en materia de movilidad lo más relevante es encontrar un producto que cumpla con los requerimientos óptimos para el funcionamiento de los vehículos y pueda proporcionar confianza y satisfacción en su uso, de esta manera se resalta la necesidad de estudiar de manera adecuada los dispositivos que pretendan cumplir con esta función. partiendo así con el propósito del estudio de las celdas productoras de gas HHO, las cuales han sido implementadas con aparentes efectos positivos pero no se conocen datos en el país que certifiquen y respalden estos resultados, con el propósito de corroborar dichas facultades de este sistema se pretende usar en motores de combustión interna y medir en ellos, la variación en los componentes de salida de los gases producidos, la potencia del motor en el momento de la aplicación de este combustible en la mezcla con la gasolina y otros aspectos los cuales ayuden a validar este dispositivo como una alternativa funcional para las necesidades presentes en las energías renovables.
6
3. OBJETIVOS
3.1 Objetivo general.
Estudiar y analizar el funcionamiento de una celda de HHO en motores de combustión interna. 3.2 Objetivos específicos
Construir el dispositivo de producción de HHO que nos permita comprobar sus aplicaciones en motores de combustión interna tendrían un mayor desempeño en los siguientes factores. Obtener los valores de gasto energético de la batería por el generador de HHO de celda seca. Obtener el rendimiento mecánico del motor al adicionar HHO en su combustión. Obtener proporciones de consumo de combustible y eficiencia de la mezcla de combustión. Obtener los márgenes de contaminación producto de la combustión de HHO y combustible tradicional.
7
4. MARCO TEORICO
Dado que esta investigación se enfoca en el uso de energías alternativas menos contaminantes, más detalladamente como lo son las que de alguna u otra forma puedan contribuirles beneficios a motores de combustión interna tanto en factores mecánicos, como energético y que a su vez contribuyan con la disminución de contaminantes al ambiente, se estudia el uso de gas hidroxi o como es muy común identificarlo por su nomenclatura química HHO. Dicho gas es producido mediante la electrolisis del agua en un generador de celda seca. La electrolisis del agua permite separar las dos moléculas de Hidrogeno y una molécula de oxígeno, dando lugar a una mezcla de hidrogeno y oxigeno aplicable como complemento para el combustible. El proceso del electrolisis se lleva a cabo mediante la conexión de una fuente de energía eléctrica conectada a dos electrodos hechos de algún metal inerte como el acero inoxidable, de acuerdo al diseño de la celda el hidrogeno aparecerá en el cátodo y el oxígeno aparece en al ánodo. ¿Qué es el HHO? El oxihidrógeno (HHO) es una mezcla de hidrógeno diatómico y oxígeno en proporción que se asume de 2:1, la misma proporción del agua. Cuando esta mezcla se enciende, su combustión produce agua y 142,35 kJ (34,022 calorías) de calor por cada gramo de hidrógeno quemado. El oxihidrógeno se produce habitualmente a partir del electrólisis del agua. Aunque existen varias personas que avanzaron en lo que respecta a las celdas de HHO, solo se mencionaran algunos para tener en cuenta estos precedentes en la historia del HHO, entre los cuales se encuentra información en la red de los siguientes: 1800 - William Nicholson y Anthony Carlisle (Inglaterra) descubrir electrólisis - la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno con la corriente eléctrica 1860 - Jean Joseph Lenoir (Bélgica / Francia) construye el primer vehículo que produjo su propio combustible de hidrógeno por electrólisis combustible a bordo (alimentado por una batería)
8
1885 - Nicola Tesla (EE.UU.) las patentes de la primera unidad de HHO. 1918 - Charles H. Frazer (EE.UU.) las patentes de la primera "Booster hidrógeno" sistema para motores de combustión interna (Patentes de EE.UU. N º 1.262.034.). Declaró que su invención: 1 - Aumenta la eficiencia de los motores de combustión interna. 2 - La combustión completa de los hidrocarburos. 3 - El motor se mantienen limpios. 4 - grado inferior de combustible puede ser utilizado con el mismo rendimiento. 1935 - Henry Garret (EE.UU.) patentes un carburador electrolítico y permite un automóvil en marcha sólo en agua del grifo. (1941 - Un ruso Convierte 200 camiones militares para funcionar con gas hidrógeno solo) En 1941, durante la Segunda Guerra Mundial, los nazis habían rodeado Leningrado (ahora San Petersburgo), Rusia, cortando los suministros ya diezmadas y petróleo.
Así, militar técnico Boris Shelishch decidió modificar transporte y convirtió un vehículo GAZ-AA (en la foto) para funcionar con gas hidrógeno. Después de recibir órdenes de los altos mandos, Boris Shelishch y su equipo convirtieron GAZ-AA 200 camiones, en menos de 2 semanas, para funcionar con gas hidrógeno. Los registros documentados que todos los motores modificados dispararon más limpio y más largos que los sigue utilizando gasolina gasolina (gasolina o diesel).) 1943-1945 - Debido a la grave escasez de combustible convencional al final de la Segunda Guerra Mundial, el ejército británico utiliza Oxy-generadores de gas de hidrógeno en sus tanques, barcos y otros vehículos para obtener un mayor rendimiento y para evitar el sobrecalentamiento del motor para los vehículos utilizados en África. Justo después de la guerra, el gobierno ordenó la retirada y
9
destrucción de todos los generadores ... pero sobrevivió a varios generadores, por casualidad! 1962 - William A. Rhodes (EE.UU.) es el primer inventor conocido para patentar un electrolizador que produce el sencillo 'single-ductos' gas que ahora llamamos Gas de Brown. A mediados de la década de 1960 formó una compañía de Rodas (Henes Corp.) con los socios que tomaron el control de la operación y lo llevó a cabo. Este fue un grave error, ya que todavía no tienen un diseño más eficiente el señor Rhodes. Henes Corp. fracasó, pasó por varias manos y fue adquirida finalmente por Dennis McMurray. La compañía, ahora llamada Arizona Hidrógeno, le va bien en Phoenix, Arizona, EE.UU. Mediados de 1970 - Empresa Lötgerat (Alemania Occidental) se inicia la fabricación de hidrógeno Oxy-generadores basados en el diseño utilizado por el ejército británico durante la 2 ª Guerra Mundial (véase 1943-1945). Fabricado aproximadamente de acero sólido en la misma forma que la mayor parte del equipo del ejército, algunas unidades alemanas todavía están en funcionamiento después de más de 30 años de uso. 1974 - Yull Brown (Australia) (nacido en 1922 en Bulgaria como Ilya Velbov) las patentes de su diseño de un electrolizador que ofrecen exactamente la 2:01 de hidrógeno / oxígeno mezcla. Brown pasó casi 30 años, hasta el final de su vida tratando de promover el uso de esta mezcla como combustible. Varias compañías han comenzado, tanto en la cooperación y en competencia con Yull Brown. Debido a sus esfuerzos de esta variedad de gas hidrógeno que ahora se llama Gas de Brown. 1991 - Kim Sang Nam (Corea del Sur) visitas laboratorio Yull Brown en los suburbios de Sydney. Este fue el inicio de la cooperación de Brown con BEST Corea. Tuvieron éxito en el desarrollo de tecnología innovadora en cuanto a Gas de Brown. Los mejores de hoy Corea junto con BEST Norinco, ubicado en China, es uno de los mayores fabricantes mundiales de originales Generadores de gas Browns. 1994 - George Wiseman de Eagle-Research (Canadá) se inicia un programa de investigación independiente sobre el Gas de Brown / gas HHO. Hoy Eagle Research
10
vende generadores de gas marrones y muchas otras soluciones alternativas de energía. 2005 - Tom Ponche Ponche de HHO (EE.UU.) se inicia la fabricación de generadores de HHO, que modifica el llamado "típico" de diseño que muchos independientes seguido, la introducción de una línea de generadores de hechos ya sea de PVC o de acero inoxidable, de acuerdo a las necesidades de los consumidores y quiere y en diferentes tamaños. 2009 - Tom Ponche introduce DC 3,0 Celular seco, una gran mejora sobre la tecnología anterior, la producción de gas de HHO en la mitad de la energía, y de manera más eficiente que los diseños anteriores. HHO Global DC 3.0 Dry Cell of Punch design 2010 - HHO Global Ltd. comienza unidades de fabricación de Gas de Brown basados en DC Tom Ponche de diseño de la célula 3,0 seca para el Reino Unido, Europa, Oriente Medio y los mercados de América del Norte. Sin embargo, HHO Global Ltd. han modificado ligeramente más diseño de Tom y el resultado es una reducción poco más eficaz de la fuga de tensión que afecta a la mayoría de los generadores de hidrógeno de este diseño básico. Gas HHO Unidad de Producción para su uso en 'ICE' (motores de combustión interna) de los vehículos con motor. Al igual que estas personas, muchas otras también han ido investigando acerca de los usos que se le pueden dar a los generadores de energía como el HHO en distintos entornos ya sean académicos, científicos informales, estudios avanzados por los mismo gobiernos y grandes empresas del mundo para traer una innovación beneficiosa para el hombre.
11
5. ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN RECOPILADA
A continuación, se presentan las referencias más relevantes encontradas hasta el momento:
QUEZADA ROMERO, Edison Miguel y TORRES GUALAN, Diego Fernando. Implementación de un generador de hidrógeno de celda seca en un vehículo chevrolet steem 1.6L. Cuenca,2014, trabajo de grado (ingeniero mecánico automotriz). Universidad Politecnica Salesiana. Escuela de ingeniería mecánica.
De este proyecto se recata la planeación, diseño e implementación que se tendría que llevar a cabo para enfocarse de lleno en un diseño en particula de una celda de hidrogeno, para funcionamientos particulares.
L. G. JODRA, «EL HIDRÓGENO, COMBUSTIBLE DEL FUTURO,» Rev.R.Acad.Cienc.Exact.Fís.Nat. (Esp), p. 1, 2005.
Al igual que muchas otras revistas, la presente muestra un punto claro del aquí y ahora del uso de nuestros recursos energéticos y da un vistazo al futuro de las energías que se complementaran para un un funcionamiento amigable con el entorno.
R. Evans, E. Chornet, C. Czernik, C. Feik, s. Philips, J. Abedi, Y. Yeboah, D. Day, J. Howard, D. McGee y M. Realff, Renewable hydrogen production by catalytic steam reforming of peanut shells pyrolysis prodicts, Boston, 2002.
Más que cualquier concepto básico, este material presenta un gran aporte para el desarrollo de energías renovables que serán de gran ayuda para una investigación detallada del consumo y desperdicio de nuestros combustibles.
ROZO QUINTERO, Sandra Milena. Estado del arte de las celdas de combustible y su posible impacto en el consumo energético en Colombia. Colombia: Universidad Tecnológica de Pereira. 2004.
Este escrito presenta un aporte muy valioso con respecto a la clasificación de celdas de combustibles y aunque no es muy extenso si es de gran utilidad si se quieres tener una idea general del tema de celdas de combustible.
J. A. Botas, J. A. Calles, J. Dufour, G. San Miguel. La economía del hidrógeno – una visión global sobre la revolución energética del siglo XXI. Grupo de 12
Ingeniería Química y Ambiental. Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología (ESCET), Universidad Rey Juan Carlos, c/ Tulipán s/n, 28933, Móstoles. Como su cita lo indica, la economía siempre ha sido un catalizador de nuevas formas de energías, ya que es dependiendo de su viabilidad en el mercado y lo costoso que pudiese llegar a ser u implementación, que dichas energías pueden darse como viables o no.
ACUÑA GIRALDO, Francisco; MUÑOZ YI, Ventura. Celdas de combustible. Una alternativa amigable con el medio ambiente para la generación de potencia y su impacto en el desarrollo sostenible de Colombia en el siglo XXI. Universidad del Norte. Barranquilla, Colombia. 2001.
Más que cualquier aporte conceptual, el presente escrito muestras como con el simple hecho de innovar nuestras formas de aprovechar los recursos energéticos, se puede contribuir a un entorno más amigable para el ambiente, además de sus grandes aspectos influyentes en un país como Colombia que muestra interés en estos campos.
13
6. GESTIÓN DE TRABAJO DE GRADO
6.1 ETAPA PARA DESARROLLO DEL PROYECTO 6.1.1 Planificació n. Esta etapa comprende las siguientes actividades: Identificación de la necesidad
Recopilación de la bibliografía y conceptualización
Planteamiento de objetivos
Justificación de la solución
Análisis de la información recopilada
Estructuración del cronograma de actividades
Determinación de los recursos necesarios y presupuesto.
6.1.2 Constr ucc ión. A lo largo de esta, se llevará a cabo:
selección de los materiales y procesos de manufactura que se realizarán para la elaboración de la celda seca de hho
fabricación
revisión
6.1.3 Pruebas. Se realizará: Pruebas pertinentes para comprobar que la celda de HHO cumple las expectativas esperadas
Se formularán las conclusiones y observaciones de acuerdo a los resultados de las mismas
6.1.4 Docu mentación . Este ítem se realizará a lo largo de toda la duración del proyecto, abarcando: Redacción preliminar siendo esta el documento presentado como proyecto de grado I
14
Elaboración de las memorias que incluirán todo lo que se observará y realizará en los ítems 6.1.2 y 6.1.3 Entrega al director de proyecto, quien entregará las sugerencias y correcciones a realizar. Sustentación del proyecto y se realizará su respectiva calificación.
15
6.2 DIAGRAMA DE GANTT
Tabla 1. Diagrama de Gantt.
16
6.3 IDENTIFICACIÓN DE LOS RECURSOS NECESARIOS
Artículos y revistas especializadas (Bases de datos)
Papelería
Computador
internet
taller metalmecánica
Herramienta
Materia prima
Laboratorio de pruebas con motor de combustión interna
17
6.4 PRESUPUESTO
Tabla 2. Presupuesto. item o rubro cantidad GASTOS GENERALES Papeleria N.A recursos N.A electronicos MATERIALES LAMINA INOXIDABLE 304 Barra roscada x 1m tuercas inoxidables o-rings paneles acrilicos cable x 2m manguera x 1m racores y acoples de manguera depositos de agua componentes de control electronico Otros transporte alimentacion total
18
VALOR
$
60.000
4 $
400.000
1
2 30 35 4
8
10
2
1
$ $
150.000 200.000
$
810.000
