Motores de Hidrógeno en la Industria Automotriz
¿Porque se creó los motores de hidrógeno?
Actualmente los combustibles fósiles se están agotando y el precio de la
energía está subiendo rápidamente, se necesita el desarrollo de soluciones
ecológicas de propulsión para satisfacer la demanda social y
medioambiental. el uso del hidrógeno como combustible está viendo un
impulso sin precedentes que podría sentar las bases para realizar su gran
potencial como energía limpia. por lo tanto, se presenta una evaluación de
distintas tecnologías de producción de hidrógeno basadas en materias primas renovables
y/o energías renovables. cómo sucede con la mayoría de las innovaciones
tecnológicas, las fases iniciales de desarrollo y despliegue suelen depender de
las políticas del gobierno y sus iniciativas
El crecimiento exponencial del aparcamiento a nivel mundial
representa un aumento significativo en la cantidad de gases tóxicos en el medio
ambiente. Es por eso que es necesario encontrar soluciones que reduzcan el
nivel de toxicidad de los residuos contaminantes generados por los vehículos
motorizados.
La opción más
económica, tanto en el aspecto de fabricación como ambiental, es la aplicación
de hidrógeno en motores de combustión interna, sin embargo, esto requiere una
modificación en la estructura del motor y más tecnología para su funcionamiento
correcto. Por otro lado, los vehículos que utilizan un generador que emite
pequeñas cantidades de hidrógeno al motor solo están reacondicionados para
trabajar solo. Los vehículos que funcionan con una parte de hidrógeno y
combustible, o totalmente con hidrógeno, son una tecnología relativamente
nueva. Por otro lado, existen otros tipos de automóviles que son
impulsados por dos tipos de sistemas: el motor de combustión interna similar a
la versión con motor de gasolina,
Potencia térmica del Hidrógeno
El hidrógeno es el elemento más simple de todos al estar compuesto por un solo protón en su núcleo, acompañado de un electrón. Esta simplicidad es la causa de que fuera el primer elemento en formarse después del big bang junto con el helio, pues comenzó a condensarse en grandes nubes de gas que dirían lugar a las primeras estrellas y, más tarde, a las galaxias.
¿Por qué el hidrógeno es una muy buena alternativa?
El hidrógeno es tan abundante que se estima que representa el 90%
de los átomos contenidos en el universo, pero hay que decir que también es el
elemento más ligero, por lo que aunque es tan abundante solo representa el 75%
de toda la materia ordinaria en términos de masa. Entre otras propiedades,
el hidrógeno forma agua al oxidarse; cuando este gas se quema, dos átomos
de hidrógeno se combinan con un átomo de oxígeno de la atmósfera y forman agua,
esencial para la vida.
En estudios realizados por el instituto de catálisis y petroquímica de Madrid en España indica que un autobús "tradicional" a gas natural quema gas en un motor, y tiene una eficiencia global aproximadamente del 25%; si se convierte gas natural en hidrógeno y con él se alimenta una pila de combustible, se genera electricidad para mover el autobús con un motor eléctrico, obteniendo un rendimiento estimado alrededor del 50%. Con que recorrer los mismos kilómetros "via hidrógeno" se utiliza la mitad del gas natural.
En este estudio se realizó un análisis de gases contaminantes de
un motor de combustión interna a gasolina y el mismo motor con aplicación
directa de hidrógeno a la admisión, con el objetivo de comprobar la reducción
de vapores tóxicos al ambiente y la eficiencia energética que proporciona este
combustible mediante el uso del método bifuel.
En la fase
experimental se utilizó una solución de 200gr de hidróxido de potasio en 1500𝑐𝑐 de agua destilada. Una vez
realizada la disolución se introduce la mezcla completa al depósito para posterior
ingresar al generador. Mediante el proceso de electrólisis ya través del
burbujeador, se obtuvo un flujo constante de hidrógeno de 139ml por minuto
hacia el colector de admisión [4,2 cm después del filtro de aire].
A diferencia de
otros generadores de hidrógeno automotriz disponibles en el mercado ecuatoriano
se utilizó únicamente hidrógeno, desconociendo el oxígeno que produce el
generador, esta decisión se tomó por la necesidad de conocer el comportamiento
de los gases con la aplicación de un solo gas extranjero en el motor. Esa
determinación proyecta resultados distintos en las pruebas de otras
investigaciones que no desprecian el oxígeno.
Los motores de hidrógeno podrían reemplazar a los motores a gasolina
Durante el desarrollo de este proyecto se instaló un sistema que generó en promedio 139 ml/min de h₂, el cual se suministró a través de la toma de aire a 1 atm de presión. Con estos parámetros se realizaron pruebas dinamométricas que mostraron un incremento de potencia del 9,38% en comparación con la prueba sin hidrógeno; esto sucede porque el motor considera el hidrógeno como combustible adicional para su ciclo de expansión, transformándolo en una mezcla rica en la cámara de combustión y por lo tanto aumentando su potencia de vapor.
Una mezcla pobre
por la menor cantidad de combustible presente, según los datos del analizador
de gas a altas rpm; a pesar de la presencia de hidrógeno en el motor, se
notó una mezcla de combustible con valores lambda cercanos a los ideales. En
contraste de las 2 promedios a 2500 rpm, la combustión es mas eficiente con
hidrógeno en un 0,20%, debido a las propiedades que presenta el hidrógeno como
elemento químico existente en el medio ambiente.
El rendimiento
general del vehiculo con aporte de hidrógeno aumenta un 9% respecto al estado
estándar, este es el promedio de todos los datos obtenidos durante las pruebas
realizadas, sin embargo este valor no representa una constante, ya que en
determinados momentos su motor es 9 % más eficientes, en otros este porcentaje
disminuye incluso al 0%.
El hidrógeno al
ser combustible en estado gaseoso varia su comportamiento dentro del motor, por
lo tanto, el uso eficiente de este combustible requiere la modificación de
variables físicas como los sensores, además de la programación del ECM para
controlar óptimamente los actuadores del motor.
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