Proyecto de grado final LUIS MIGUEL JARAMILLO
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ADAPTACIÓN Y ANÁLIS IS DE UN MOTOR DE CO MBUS TIÓN INTERN A ALIM ENT ADO PO R HIDRÓGENO POR: Luis Miguel Jaramillo PROYECTO DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGEN IERO MECÁN ICO AS ESO R: Jaime Loboguerrero U. PhD. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MEC ÁNICA BOGOTÁ D.C. 2009
Transcript of Proyecto de grado final LUIS MIGUEL JARAMILLO
ADAPTACIÓN Y ANÁLIS IS DE UN MOTOR DE COMBUS TIÓN INTERN A ALIMENTADO POR
HIDRÓGENO
POR:
Luis Miguel Jaramillo
PROYECTO DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGEN IERO MECÁN ICO
AS ESOR:
Jaime Loboguerrero U. PhD.
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MEC ÁNICA
BOGOTÁ D.C.
2009
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Tabla de Contenido
INTRODUCCIÓN................................................................................................................ 4
OBJETIVOS ......................................................................................................................... 5 Principal .............................................................................................................................. 5
Particulares ......................................................................................................................... 5
CAPITULO 1- MARCO TEÓRICO .................................................................................. 5
1.1 Funcionamiento de un motor de combustión interna de cuatro tiempos. ..................... 5
1.2 El hidrógeno.................................................................................................................. 7
1.2.1 Fuentes de obtención de hidrógeno........................................................................ 8
1.2.2 El ciclo del hidrógeno ............................................................................................ 9 1.2.3Almacenamiento del hidrógeno ............................................................................ 11
CAPÍTULO 2 – El MOTOR.............................................................................................. 13
2.1 Descripción 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
CAPÍTULO 3 – FUENTE D E HIDRÓGENO Y ALMAC ENAMIENTO.................... 22
3.1 Generador de hidrógeno ............................................................................................. 22
3.2 Almacenamiento del hidrógeno .................................................................................. 23
CAPÍTULO 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 Termocupla ................................................................................................................. 31 4.5 Analizador de gases de escape.................................................................................... 33
CAPÍTULO 5 – RES ULTADOS....................................................................................... 33
5.1 Revoluciones del motor .............................................................................................. 33
5.2 Curva de voltaje de celda de carga ............................................................................. 34
5.3 Curva de voltaje de termocupla .................................................................................. 34
3
5.4 Gases de escape .......................................................................................................... 35
CAPÍTULO 6 – ANÁLISIS DE RES ULTADOS ............................................................ 36
6.1 Curvas de torque y potencia ....................................................................................... 36
6.2 Análisis de gases contaminantes................................................................................. 39 6.3 Cantidad de hidrógeno consumido por revolución ..................................................... 39
CAPÍTULO 7 – RECOMENDACIONES A TEN ER EN CUENTA PARA PROYECTOS FUTUROS ........................................................................................................................... 43
CONCLUSIONES .............................................................................................................. 44
REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA .............................................................................. 46
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INTRODUCCIÓN
La actual escasez del petróleo a nivel mundial pero de interés en Colombia pone a la nación en una situación que, si no piensa en buscar recursos energéticos alternativos para
un futuro a corto y mediano plazo, se va a ver en la necesidad de importar petróleo. Al
mismo tiempo, el uso de los combustibles fósiles como recurso energético es uno de los
culpables de la alta contaminación que sufre el mundo actualmente.
Frente a estos problemas la investigación se ha enfocado en el análisis de energías
alternativas a la combustión de hidrocarburos y material contaminante. Propuestas sobre
todo en el sector del transporte, quizás el mayor culpable de esta situación, han surgido
como lo son la obtención de energía a partir del viento, del sol, de las corrientes
hidráulicas de ríos y océanos, el uso de aire comprimido para la propulsión de un motor,
así como la búsqueda de combustibles alternos al petróleo como el metano son algunos de los avances que ha alcanzado la ciencia actual.
La propuesta de este proyecto nace de la necesidad de buscar un combustible que permita
la reducción casi total de emisiones nocivas al mismo tiempo que se busque economía en la obtención de este, como lo es el hidrógeno. El hidrógeno se puede obtener a partir de
hidrocarburos o de la separación de éste de la molécula de oxígeno presente en el agua por
medio de la electrólisis. La idea es implementar, poner a funcionar y analizar todo tipo de
variables considerables en el desempeño de un motor de combustión interna de 4 tiempos
marca Briggs & Stratton con hidrógeno como fuente de energía.
La innovación que presenta éste trabajo es el sistema de inyección que se implementará
para el hidrógeno dentro del motor. El sistema consiste en inyectar el gas directamente a la cámara de combustión por medio del anillo de la válvula de admisión. En el presente
documento se mostrarán los cambios hechos al anillo así como las modificaciones
generales realizadas al motor continuando con los proyectos 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 explicará las
modificaciones llevadas a cabo en cuando al almacenamiento y regulación del hidrógeno
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en el cilindro de gas. Finalmente se explicarán 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 pistón
marca BRIGGS & STRATTON Intek I/C 206 OHV de 206 cc de desplazamiento y
alimentarlo con hidrógeno.
Particulares
• Arreglo de la culata para la inyección adecuada de hidrógeno.
• Analizar la fuente de obtención de hidrógeno.
• M edir la cantidad de hidrógeno que entra a la cámara de combustión.
• Instalar y poner a funcionar el freno hidráulico del motor y el medidor del torque
del mismo.
• M edir la cantidad de gases contaminantes producidos por la combustión del
hidrógeno.
CAPITULO 1- MARCO TEÓRICO
1.1 Funcionamiento de un motor de combustión interna de cuatro tiempos.
El principio de un motor de combustión interna consiste en la compresión y luego
explosión de un combustible dentro de una cámara de combustión. El objetivo es
convertir tal proceso en movimiento por medio de cuatro etapas básicas dentro del motor. Estas etapas 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 tiempos en 1867.
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El motor de cuatro tiempos con sus partes se ilustra en la Figura 1.
Los cuatro tiempos se conocen como:
1) Admisión
2) Compresión
3) Explosión
4) Escape
El pistón que se encuentra dentro de la cámara de combustión está conectado a un
cigüeñal por medio de una biela. Cuando el cigüeñal gira permite el movimiento lineal del
pistón. El movimiento lineal del pistón es transformado por el cigüeñal a movimiento
rotacional.
La primera etapa (admisión) del proceso comienza con el pistón en la parte más alta de la
cámara de combustión conocida como punto muerto superior. La válvula de admisión se
abre y permite la entrada de una mezcla de aire y combustible hasta que el pistón baja
hasta el punto muerto inferior. La segunda etapa (compresión) comienza con la válvula de
Figura 1.1 [1]
Imagen tomada de How Stuff Works Inc.
7
admisión y la de escape cerradas y el pistón en la parte más baja de la cámara de
combustión. El pistón inicia su carrera hacia el punto muerto superior comprimiendo de
ésta manera la mezcla para aumentar así la energía de explosión. Cuando el pistón alcanza
el punto más alto, la bujía emite una chispa que quema la mezcla de aire y combustible.
Ésta explosión hace que el pistón baje con mucha fuerza hasta el punto muerto inferior
dando fin al tercer tiempo del ciclo (explosión). Finalmente el pistón comienza a subir
nuevamente y la válvula de escape se abre permitiendo la expulsión de los gases de la
combustión (Escape). De ésta manera finaliza un ciclo entero en el motor de combustión interna de cuatro tiempos.
1.2 El hidrógeno
Actualmente el planeta está sufriendo una importante escases de recursos de hidrocarburos en especial de petróleo. Ésta noticia ha sido alarmante para la sociedad en
general en cuanto dependemos de éste recurso. El problema radica en los elevados precios
que ha alcanzado el petróleo en los últimos años y en el poder inescrupuloso que han alcanzado las grandes petroleras gracias a éste problema. El segundo gran problema
consiste en la creciente contaminación ambiental que ha generado el uso del petróleo por
tantos años. Para algunos éste problema está en un segundo plano debido a su interés
económico pero para los interesados en la conservación del planeta y su medio ambiente
es quizá su mayor preocupación.
Desafortunadamente es una necesidad, el uso de un combustible eficiente y relativamente económico para la generación de energía eléctrica, movimiento y transporte entre otros,
ha sido el causante de tal desgracia. La búsqueda e investigación para el empleo de
combustibles diferentes al petróleo o fuentes de energía alternativos ha tenido gran
acogida en los últimos años en el mundo. Se han encontrado reemplazos para 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.
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Recientemente ha surgido un interés en la ingeniería por la investigación del uso del
elemento más abundante del plantea como lo es el hidrógeno para ser utilizado como
reemplazo al petróleo. Actualmente existen celdas de combustible capaces de generar
energía eléctrica a partir del hidrógeno y el oxígeno con altas eficiencias pero costos
elevados. Lo interesante se encuentra en el empleo del hidrógeno en motores de
combustión interna.
1.2.1 Fuentes de obtención de hidrógeno.
A diferencia del petróleo, el hidrógeno no se encuentra en estado natural ni es un recurso
natural proveniente de la descomposición de las plantas y energía almacenada del sol
como lo es el petróleo, pero es el elemento más abundante presente en la mayoría de
compuestos químicos del mundo, y en especial del agua.
Actualmente existen dos posibles fuentes de obtención del hidrógeno y una tercera fuente
que se encuentra en desarrollo.
• Electrólisis del agua: El agua se puede dividir en hidrógeno y oxígeno haciéndole
pasar corriente eléctrica. Lo interesante de éste método es la facilidad que ofrece
de poder realizarlo en cualquier parte donde esté presente el agua y electricidad.
• Combustibles fósiles: La gasolina y el gas natural contienen hidrocarburos;
moléculas que contienen hidrógeno y carbono. Con un aparato conocido como procesador de combustible o reformador, se puede separar el hidrógeno de los
hidrocarburos fácilmente dejando como residuo dióxido de carbono que es
liberado al ambiente.[2]
• Electrohidrogénesis: También conocida como electrólisis biocatalizada es el
proceso de obtener hidrógeno a partir de material orgánico (que contengan glucosa
o celulosa) descompuesto por una bacteria. Este proceso utiliza una celda de
combustible modificada, microorganismos electroquímicamente activos, agua y
material orgánico que son sometidos a una pequeña carga eléctrica generando de
ésta manera hidrógeno. [3],[4],[5].
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A diferencia del petróleo, para obtener hidrógeno puro es necesario utilizar fuentes de
energía externas para la separación de los átomos de los compuestos que lo contienen.
Durante éste proceso se pierde mucha eficiencia con respecto al crudo tomado de la tierra.
La segunda opción de obtención del hidrógeno sigue siendo dependiente de recursos
fósiles con resultados contaminantes. La primera opción que parece ser la más viable a
corto plazo por su facilidad de uso en hogares, es poco eficiente y tiene el inconveniente de que la energía eléctrica que se requiere para el proceso sea necesariamente obtenida de
fuentes renovables. Las fuentes renovables pueden ser: energía del sol, del viento,
hidroeléctricas, geotérmica, o energía nuclear.
La tercera opción aunque aún se encuentra en desarrollo en universidades destacadas
alrededor del mundo, parece tener grandes beneficios en cuanto a contaminación y más
importante aun eficiencia frente a los otros procesos. Los resultados muestran que con una
fuente de voltaje de 0.6V se alcanzan eficiencias de 82%.
1.2.2 El ciclo del hidrógeno
La principal fuente de hidrogeno en el planeta es el agua. Cada molécula de agua tiene 2
átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Si se toma el proceso de electrólisis para la
obtención del hidrógeno a partir de la energía del sol por medio de paneles fotovoltáicos
el ciclo que seguiría el hidrógeno sería como el que se muestra en la Figura 1.2.
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Se toma una cantidad de agua y se le induce corriente eléctrica. La corriente eléctrica se
puede obtener de fuentes principales de energía, en el caso de la Figura 1.2 se utilizó la
energía solar, siendo esta una fuente renovable. La eficiencia de la producción de
hidrógeno durante la electrólisis depende de la cantidad de energía que se le induzca al
sistema, el material que se utilice en los electrodos, así como el diseño del sistema de celda que se realice para los electrodos. De éste proceso se obtiene oxígeno e hidrógeno
puro.
De éste proceso y para éste caso se requiere principalmente el hidrógeno. El oxígeno obtenido también podría almacenarse y emplearse en otros casos donde se requiera como
en la salud. El hidrógeno entonces pasa a ser almacenado. El almacenamiento del
hidrógeno inicialmente se hace comprimiéndolo en tanques especiales a presiones
elevadas de hasta 12,000 psi. Esto se logra por medio de compresores de diafragma de
alta capacidad especiales para el manejo de éste gas. Existen otras formas de
almacenamiento del hidrógeno que se emplean principalmente para el transporte del gas
que serán explicadas más adelante en éste documento.
Figura 1.2 [6]
Imagen tomada de nanotechnology and hydrogen economy.
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Una vez se tiene el hidrógeno almacenado ahora podrá ser utilizado como combustible ya
sea en celdas de combustible, motores de combustión interna o soldadura. Éstos últimos
tres son los principales sistemas que necesitarían hidrógeno. La celda de carga produce
electricidad a partir del hidrógeno y el oxígeno. Ésta se utiliza actualmente en la industria
automotriz para mover motores eléctricos pero también podría ser utilizada en hogares u
otros dispositivos que lo requieran. Los motores de combustión interna actualmente
funcionan con recursos fósiles como la gasolina, diesel o gas natural. La idea es modificar
los motores para que trabajen con hidrógeno puro y diseñar nuevos motores con mejores materiales para el funcionamiento óptimo de éstos con el gas. Actualmente existen varias
empresas de automóviles que están trabajando con ésta tecnología como BMW con su
auto Hydrogen 7. Finalmente la combustión normal de una salida de hidrogeno a presión
genera una llama intensa capaz de fundir muchos materiales que podría ser empleado
como soldadura.
Lo interesante de los tres casos descritos anteriormente radica que en cualquiera de los
tres, el producto final es agua pura. Tanto en la celda de carga como en la combustión del
hidrógeno, el producto que se genera es la unión nuevamente de dos átomos de hidrógeno
con uno de oxígeno formando así agua pura. Debido a las altas temperaturas en los
procesos de combustión en la soldadura y en el motor el agua producida se obtiene en su estado gaseoso como vapor de agua.
De ésta manera se da fin al ciclo del hidrógeno con agua o vapor de agua como producto
final del proceso. El agua será nuevamente utilizada para la electrólisis y el vapor de agua
subirá a la atmósfera, se condensará y caerá nuevamente como lluvia.
1.2.3Almacenamiento del hidrógeno
Existen diversas formas de almacenar el hidrógeno. La forma más sencilla y económica es el almacenamiento en tanques metálicos a presiones que varían entre los 5psi hasta 12,000
psi. Ésta compresión se logra por medio de compresores de diafragma especiales para
trabajar con éste gas debido a los peligros que éste envuelve. Éstos tanques existen en muchos tamaños con diferentes volúmenes de capacidad y se pueden transportar
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fácilmente en vehículos así como se usa con el gas natural. Sin embargo, el r ies go de
cargar hidrógeno a tan altas presiones es evidente. No deja de ser igualmente peligroso el
transporte de gas natural a presiones de 3,000 psi en un automóvil. Además, es importante
resaltar que el tanque añade un peso importante al medio que lo transporta.
Existen otras dos formas de almacenamiento de hidrógeno que aún se encuentran en
desarrollo e investigación. La primera se trata de un tanque fabricado con materiales
compuestos aislantes que junto con vacío, llevan el hidrógeno gaseoso a la temperatura de
licuefacción (–252.882 °C o -423.188 °F) [6]. Éste sistema proporciona una forma de
almacenamiento y transporte de hidrógeno mucho más eficiente pero requiere de unos
costos elevados. Además aún se requiere mayor investigación e información respecto a
estos tanques. Actualmente el automóvil de la BMW, el Hydrogen 7 emplea éste tanque
para el almacenamiento del hidrógeno. Empresas de gases como AGA Fano también
dicen utilizar ésta tecnología para la distribución y almacenamiento del gas.
La segunda forma se trata del almacenamiento en forma sólida en un químico llamado
Borohidrato de sodio (NaBH4). Éste químico se obtiene del Bórax, un producto natural
encontrado comúnmente en los detergentes. Cuando el borohidrato de sodio libera el
hidrógeno, este se convierte nuevamente en bórax y de ésta manera puede ser reciclado
[7]. Cuando al borohidrato de sodio se le hace pasar agua con un catalizador especial, 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 empresa de automóviles Chrysler tiene un ejemplar conocido como Natrium fuel cell minivan que funciona con bórax como almacenador del hidrógeno y
celda de carga como generador de energía.
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CAPÍTULO 2 – El MOTOR
2.1 Descripción del motor
Para el presente proyecto se trabajó con un motor de combustión interna de cuatro
tiempos estacionario de un solo pistón marca BRIGGS & STRATTON Intek OHV 206
I/C de 206 cc de desplazamiento.
El motor se encuentra montado sobre un banco de pruebas de acero y le ha sido retirado el
carburador y el tanque de la gasolina. La potencia máxima del motor es de 6.5 HP dentro
de un rango de funcionamiento entre 2000 y 4000 RPM. Las curvas de desempeño del motor suministradas por 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.
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Es importante resaltar que el motor sufrió un cambio en el yoyo de encendido y fue
cambiado por uno marcado con 5.5 HP en vez de 6.5HP. A continuación se puede
observar imágenes del motor al inicio del proyecto.
Figura 2.3
Imagen del motor al inicio del proyecto
Figura 2.2
Imagen del motor al inicio del proyecto
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2.2 Estado del motor
Continuando con el proyecto de grado de Adriana M oreno, se continuó con el mismo principio de inyección de hidrógeno que se propuso el su proyecto de grado. Se realizó la
perforación de un conducto de 2mm de diámetro que llegaría exactamente hasta el asiento
de la válvula de admisión del motor. Al exterior de éste conducto se soldó un pequeño
tubo de aluminio de 2mm de diámetro y 5cm de longitud. Por éste conducto se inyectó el
hidrógeno a presión.
Además, se mecanizó una cuneta anular de 2mm de diámetro alrededor del asiento de la
válvula con el objetivo de que por ésta fluya el hidrógeno por detrás del anillo de la
válvula de admisión.
Finalmente se extrajo el anillo de la válvula 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 manera. Las imágenes y planos de las
modificaciones se muestran a continuación.
Figura 2.4
Imagen tomada del proyecto de grado de Adriana Moreno
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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.
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Tal y como se explicó anteriormente se recibió el motor para el desarrollo de éste
proyecto. La idea de las modificaciones realizadas se debe a que con éste sistema, la
inyección del hidrógeno al motor, y más específicamente a la cámara de combustión se
realiza directamente al anillo de la válvula de admisión saliendo del conducto por el
asiento de la válvula de admisión. De ésta manera, cuando la válvula de admisión se
cierra, se detiene el paso de hidrógeno dentro de la cámara de combustión y cuando ésta
se abre nuevamente, permite 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 una llama en retroceso que se
devuelve por la culata hasta la entrada de aire del motor donde anteriormente se localizaba
el carburador.
2.3 Modificaciones en el motor
En el estado en que se encontraba el motor al inicio del proyecto no estaba funcionando.
El problema radicaba en los ocho orif icios de diferentes tamaños que se le había hecho al anillo de la válvula de admisión. La propuesta para la modificación del anillo era fabricar
uno nuevo con tan solo cuatro orificios de 0.5mm de diámetro distribuidos a distancias
iguales en el anillo.
2.3.1 La culata
Se procedió a retirar el anillo existente con el extractor de anillos fabricado por Adriana
M oreno en su proyecto de grado y se realizaron los orificios como se tenía pensado. Finalmente se procedió a asentar la válvula de admisión sobre el nuevo 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 orif icios y el resultado final se ilustran a continuación.
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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 mm de diámetro en el exterior.
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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 parecía comprimir correctamente y además permitía el paso constante de
hidrógeno a la cámara de combustión. Éste problema se corrigió aflojando un poco el
tornillo que sujeta el soporte que se conecta con la válvula y de ésta manera el resorte de
la válvula de admisión podría abrirse un poco más permitiendo cerrar correctamente la
válvula con el anillo. Los soportes y resortes que se mencionan anteriormente se pueden
observar en las siguientes imágenes.
Figura 2.9
Imagen de los resortes y soportes de las válvulas.
Además se desbarató el motor completamente en sus partes para ser limpiado y revisado y debido a esto fue necesario comprar nuevamente los empaques del bloque del motor y
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culata. El motor en su interior se encontraba en perfecto estado y éste parecía haber tenido
muy poco uso.
2.3.2 El carburador
El carburador es una pieza que se encuentra localizada en la entrada del aire del motor. En ésta pieza se realiza la mezcla de aire y combustible. Además, el carburador tiene dos
mariposas que regulan el paso del aire hacia la cámara de combustión. La primera
mariposa se conoce como el choque y la segunda es la que regula las revoluciones del motor. A medida que se abre más la mariposa externa, permite la entrada de mayor
cantidad de aire hacia el motor y ésta crea un vacío por el ducto donde se mueve que hace
que se atraiga mayor o menor cantidad de gasolina dependiendo de la cantidad de aire. El
carburador fue eliminado en el motor en los proyectos de grado anteriores con la idea de que se necesitaba la mayor cantidad de aire posible y la velocidad del motor dependería
exclusivamente de la cantidad de hidrógeno que se le inyectara.
Figura 2.10
Imagen de la culata sin carburador. El hueco grande es la entrada libre del aire.
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Luego de varios intentos sin carburador, se llego a la conclusión de que la cantidad de aire
que estaba entrando al motor era excesiva y por tanto la mezcla era rica en aire y pobre en
hidrógeno lo que generaba una constante pre-detonación del motor. Esta pre-detonación
signif ica que estaba entrando más aire de lo que el motor necesitaba para una cantidad de
hidrógeno que era constante y la alta presencia de aire en la mezcla genera mayores
temperaturas de combustión y éstas temperaturas se concentran dentro de la cámara de
combustión en zonas conocidas como puntos calientes y cuando la siguiente mezcla de
gases entraba a la cámara después del ciclo del motor, ésta se quemaba antes de tiempo.
Debido a esto se decidió instalar nuevamente el carburador del motor eliminando las
piezas que se utilizan con la gasolina para facilitar el ensamble. El motor con el
carburador se puede observar a continuación.
Figura 2.11
Imagen del carburador instalado.
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CAPÍTULO 3 – FUENTE D E HIDRÓGENO Y ALMAC ENAMIENTO
3.1 Generador de hidrógeno
El hidrógeno se obtuvo de un generador de hidrógeno puro marca General Electric con
capacidad para generar 800cm3/min de hidrógeno a una presión máxima de 60 psi. El
generador funciona con una celda de hidrógeno que separa el hidrógeno y el oxígeno de agua destilada por medio de electricidad. Con solo agregar agua des ionizada y destilada a
la máquina y encenderlo, éste produce hidrógeno puro. Es necesario tener en cuenta que
ésta máquina posee un filtro de humedad a base de gel sílica que necesita ser secado
constantemente en un horno a 130°C para garantizar el buen funcionamiento.
El generador de hidrógeno General Electric se muestra en la siguiente imagen.
Figura 3.1
Imagen del generador de hidrógeno marca General Electric.
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3.2 Almacenamiento del hidrógeno
El cilindro de gas que se venía utilizando para el almacenamiento del hidrógeno para ser
utilizado en los proyectos de grado referentes al motor BRIGGS & STRATTON no
cumplía las reglas de seguridad industrial para el hidrógeno por lo cual fue sustituido por uno más pequeño. El nuevo cilindro se puede observar a continuación.
Figura 3.2
Imagen del cilindro utilizado con el sistema de regulación.
El cilindro de gas que se utilizó para éste proyecto, con capacidad de 0.5m3, inicialmente
tenía un manómetro y una válvula reguladora de presión de escala con capacidad para 400
psi de presión. Posteriormente estaba conectada una manguera de teflón con recubrimiento y acoples de acero inoxidable. A ésta manguera se le conectaba una
pequeña manguera de silicona que iría conectada al tubito de 2mm de diámetro que se
soldó en la culata para la entrada del hidrógeno.
La válvula reguladora se ilustra en la siguiente imagen.
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Figura 3.3
Imagen de la válvula reguladora de 400 psi.
Los primeros intentos de encendido del motor con hidrógeno y el montaje anteriormente
descrito, mostraron que el problema que se estaba presentado se debía a que el hidrógeno
que estaba entrando al motor no era constante. En otras palabras, a pesar de que la presión
de salida de la válvula reguladora se mantenía constante (presiones entre 5 y 15 psi), la ésta parecía no poder mantener esa presión constante y en el momento en que se intentaba
encender el motor, la presión en la válvula caía esto debido a que el vacío que generaba el
motor era mayor a la regulación que era capaz de hacer misma.
Gracias a esto se instaló un pequeño cilindro de extinguidor de incendios completamente
limpio y adaptado para el sistema con capacidad para 0.1 m3 después de la válvula
reguladora de presión. Además se instaló un nuevo manómetro con una escala máxima de
15 psi de presión y una válvula de bola a la salida. El objetivo de éste cilindro era
almacenar una pequeña cantidad de hidrógeno después de la válvula reguladora y antes
del motor para garantizar una poca cantidad de hidrógeno a la presión deseada y así
regular mejor la salida del hidrógeno al motor. El sistema se puede observar a continuación.
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Figura 3.4
Imagen de de tanque pequeño, manómetro de 15 psi, válvula reguladora de 400 psi y válvula de bola.
Finalmente y a pesar de que los resultados mejoraron, la regulación del hidrógeno no era
del todo buena. La conclusión final a la que se llegó fue que la válvula reguladora de
presión que se estaba utilizando manejara una escala muy superior a los valores de presión
a los que se deseaba llegar por lo tanto su funcionamiento en esos valores era muy malo.
Por ésta razón, se decidió cambiar la válvula por otra con una escala máxima de 60 psi.
Además de esto se eliminó el manómetro a la salida del cilindro pequeño puesto que se
trabajaría con presiones superiores a los 15 psi. La válvula reguladora de presión se
muestra en la Figura 3.5.
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Figura 3.5
Imagen de la válvula reguladora con escala máxi ma de 60 psi.
CAPÍTULO 4 – INS TRUMENTAC IÓN
Se realizó un montaje temporal de sistemas de medición que incluye un sensor de efecto
hall para la medición de las revoluciones del motor, un freno hidráulico para medir el momento par del motor, una celda de carga para medir ese momento par, una termocupla
para medir la temperatura de los gases a la salida del motor, y un medidor de gases de
combustión.
La celda 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 celda de carga y la
termocupla se conectaron a una tarjeta de adquisición de datos marca National
Instruments y los datos fueron tomados en el software especializado para ésta tarjeta
llamado Labview. Los datos que se tomaron para éstos dos fueron los voltajes de salida.
M ientras tanto, para el sensor de efecto Hall se utilizó una tarjeta de adquisición de datos
marca Labjack y el software DAQFactory express.
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4.1 Sensor de efecto Hall
Para las mediciones de las revoluciones del motor se instaló un sensor de efecto hall convencional. En el volante que se encuentra instalado en el eje del motor se pegó un
imán que sería el contador de las vueltas del motor. El sensor contiene un imán en su
interior que al sentir un cambio de campo magnético al pasar el imán en el volante cerca
a él, genera un cambio de voltaje que se refleja como un impulso en la tarjeta de
adquisición de datos y posteriormente en el software. Para esto, es necesario que el imán
en el volante se ponga de tal manera que la cara que pasa cerca al sensor tenga el polo
opuesto a la cara del sensor. El software entonces se programa para que calcule por cada
minuto cuántas veces se generan impulsos y de ésta manera se determinan las
revoluciones por minuto del motor.
El montaje se puede observar en la Figura 4.1.
Figura 4.1
Imagen del sensor de efecto Hall y el imán pegado al volante del motor.
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4.2 Freno hidráulico
Continuando con el proyecto de grado de Camilo Umaña en el cual diseñó un freno hidráulico que funciona como una bomba rotodinámica de tipo regenerativo para la
medición de torque y potencia, se instaló nuevamente éste freno en el eje del motor.
El freno no se encontraba en muy buen estado, estaba sucio y frenado. Fue necesario limpiar y lubricar los rodamientos y cambiar las mangueras pues se requerían unas más
largas para poder conectarlas a un tanque de agua que se ubicaría un metro por encima del
motor.
Debido a que no se logró revolucionar el motor a la capacidad máxima que es capaz, es
decir que no se logró sacar toda la potencia del motor esto debido a la escases de
hidrógeno con la que se trabajó, el freno no era capaz de bombear agua si el nivel de ésta
se encontraba por debajo del freno, por lo tanto fue necesario elevar el tanque para permitir que el agua llegara hasta el freno por gravedad. De ésta manera el freno sí logró
bombear agua hacia arr iba hasta el tanque.
El freno y el montaje de éste se muestran a continuación.
Figura 4.2
Imagen del freno hidráulico instalado.
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Figura 4.3
Imagen del freno y el tanque por encima.
4.3 Celda de carga
Para la medición del momento par que genera el motor se utilizó una celda de carga marca
Omega con capacidad para una carga máxima de 100 lbs. Cuando el metal del cual está
hecho la celda de carga sufre algún tipo de estiramiento o compresión éste se ve reflejado
en una diferencia de voltaje que en el software se observa como una gráfica de voltaje en
función del tiempo.
Para éste caso se decidió ubicar la celda de carga de tal manera que ésta fuera sometida a
tensión. Fue necesario instalar una columna vertical para la instalación de la celda que
sería conectada al freno hidráulico por medio de una cuerda de nylon con coeficiente de
elasticidad mínimo.
El montaje se muestra en la Figura 4.4.
30
Figura 4.4
Imagen del montaje de la celda de carga.
La celda de carga fue necesario calibrarla para garantizar que los valores de voltaje de
salida que ésta marcaba fueran coherentes y de ésta manera se pudiera determinar 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 final y la ecuación de la curva
fueron.
Gráfica 4.1
Curva de calibración de la celda de carga y ecuación de la curva.
y = 0.0192x ‐ 1.1157
0
2
4
6
8
10
12
14
0 200 400 600 800
lbs
mVdc
Calibracion Celda de carga
Series1
Lineal (Series1)
31
Figura 4.5
Imagen del montaje realizado para calibrar la celda de carga.
4.4 Termocupla
Para la medición de la temperatura de salida de los gases de combustión del motor se
utilizó una termocupla tipo K (chromel-alumel). La termocupla tiene dos metales distintos
que producen un voltaje que es función de la diferencia de temperatura entre el punto caliente y el punto frio. La termocupla también fue necesario calibrarla. La calibración se
hizo calentando agua hasta el punto de ebullición y con un termopar que mide la
temperatura se midió al mismo tiempo que se determinó el voltaje para éste valor. Lo mismo se hizo para un ambiente frio con hielo dentro de agua. El procedimiento y la
curva de calibración con la ecuación se muestran a continuación.
32
1. 2.
Figura 4.6
Imagen 1) calibración de la termocupla con agua hirviendo. 2) calibración de la termocupla con agua fría y termocupla
digital.
Gráfica 4.2
Curva de calibración de la termocupla y ecuación de la curva
y = 0,097x + 14,55
0102030405060708090
100
‐500 0 500 1000
°C
mVdc
Calibración Termocupla
Series1
Lineal (Series1)
33
4.5 Analizador de gases de escape
Uno de los temas más importantes en la combustión del hidrógeno en un motor de cuatro tiempos comparado con la combustión de gasolina es el de los gases de escape. En la
quema de gasolina se producen una serie de gases contaminantes y toxicos mientras que
en la del hidrógeno se supone que el único producto del proceso es agua. Por medio de un
analizador de gases de escape marca Testo 330 se comprobó éste resultado.
Figura 4.7
Analizador de gases marca Testo 330.
CAPÍTULO 5 – RES ULTADOS
5.1 Revoluciones del motor
Los resultados obtenidos de la medición de las revoluciones con el sensor de efecto Hall
son una serie de impulsos que determinan el número de vueltas del motor por minuto.
Cabe anotar que el software cuenta las revoluciones por segundo y es necesario hacer la conversión a minutos para los cálculos finales.
Es importante explicar el método que se utilizó para el control de las revoluciones del
motor. Después de varios intentos, se concluyó que al permitir mucho paso de aire dentro del motor, éste comenzaba a sufrir pre detonaciones. Esto significa que al dejar la válvula
del choque abierta y sólo controlar la mariposa del paso del aire, el motor comenzaba a
trabajar mal. Por esto se llegó a la conclusión de que era necesario cerrar la mariposa del
34
aire y sólo controlar la de choque. La mariposa del aire tiene dos orif icios redondos de 0.5
cm cada uno. Esto significa que el funcionamiento óptimo del motor con hidrógeno es
cuando se restringe correctamente el f lujo de aire.
5.2 Curva de voltaje de celda de carga
Los datos obtenidos en Labview para el voltaje de salida de la celda de carga se muestran
en una gráfica de voltaje en función del tiempo. Según la curva de calibración que se
obtuvo para la celda se reemplazan los valores de los voltajes por los de la carga. Cabe anotar que ésta gráfica posee mucho ruido que para efectos de resultados fue eliminado en
las gráficas de torque y potencia del motor Los resultados para una presión de entrada del
hidrógeno de 15 psi se muestran a continuación.
Gráfica 5.1
Curva de voltaje en función del tiempo que da Labview para la celda de carga y una presión de hidrógeno de 15 psi.
5.3 Curva de voltaje de termocupla
Al igual que lo que se hizo con la celda de carga, las gráficas de voltaje y temperaturas para la termocupla según la calibración hecha anteriormente son:
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0 50 100 150 200 250 300 350
Vdc
Tiempo
Fuerza del motor a 15psi
Series1
35
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 mediciones para el funcionamiento del motor a 15 psi de presión y los
valores para condiciones ambientales. 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.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 50 100 150 200 250 300 350
Vdc
t iempo
Temperatura motor a 15psi
Series1
36
Tabla 5.1
Resultados en el analizador de gases para condiciones ambientales y para el motor trabajando a 15 psi.
CAPÍTULO 6 – ANÁLIS IS DE RES ULTADOS
6.1 Curvas de torque y potencia
Para la realización de las curvas de torque y potencia del motor fue necesario primero
reemplazar los valores de tiempo en la gráfica por los de RPM obtenidos con la celda de
carga. Para obtener la gráfica de torque del motor a partir de la de carga se debe seguir la
ecuación de torque que es:
Donde P es la carga aplicada y x el brazo perpendicular a la carga. El brazo en éste caso
es el radio del freno hidráulico equivalente a 13.5 cm de largo. Realizando ésta operación,
la curva de torque del motor a 15 psi se puede ver en la Gráfica 6.1.
37
Gráfica 6.1
Curva de torque del motor con hidrógeno a 15 psi.
El torque es mayor 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 igual manera, la potencia del motor se obtiene de la ecuación:
Donde T es el torque y w son las revoluciones por minuto. Así, la potencia del motor a 15
psi es:
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1260 1360 1460 1560 1660 1760 1860
ft‐lb
s
RPM
Curva de torque del motor con hidrógeno a 15 psi
Series1
38
Gráfica 6.2
Curva de potencia del motor con hidrógeno a 15 psi
Es importante anotar que para una presión de entrada de 15 psi el máximo de revoluciones
capaz de producir el motor fue de 1900 rpm. Para lograr mayores revoluciones y por ende
mayor potencia, es necesario aumentar la presión de entrada del hidrógeno. No fue
posible hacer éstas mediciones puesto que la capacidad del cilindro de gas no era
suficiente para tales cantidades.
El método que se utilizó para generar la gráfica de torque fue encender el motor a la
presión deseada (15psi) con la mariposa de la entrada de aire completamente cerrada y
abriendo completamente la del choque, es decir, tratando de obtener la máxima velocidad.
Una vez se logró esto, se empezó a abrir lentamente la válvula de bola que permitió el paso del agua desde el tanque hacia el freno hidráulico y al mismo tiempo que el motor
comenzó a frenarse y el freno inició su trabajo de halar la celda de carga. Los valores de
la curva de potencia para los HP son muy inferiores a los de la curva real de potencia del
motor con gasolina. Esto se debe a que la potencia del motor disminuye sustancialmente
al trabajar con hidrógeno. Además, esto también se le puede atribuir a la cantidad de
hidrógeno que se le inyectó al motor. De haber tenido mayor cantidad del gas
almacenado, se hubiera podido incrementar la presión de entrada a la cámara de
combustión
00,0050,010,0150,020,0250,030,0350,04
1260 1460 1660 1860
HP
RPM
Curva de potencia del motor con 15 psi de entrada
Series1
39
6.2 Análisis de gases contaminantes
La tabla de resultados de los gases contaminantes producidos en la combustión del
hidrógeno muestra una producción de CO2 de 4.46%. Éste resultado es inesperado para las
condiciones del combustible que se está utilizando. Lo esperado y óptimo hubiera sido que el porcentaje de CO2 fuera cero, pero la razón por la cual esto no ocurrió se debe a
una pequeña cantidad de aceite que estaba pasando desde el cárter hacia la cámara de
combustión. En la siguiente imagen se puede observar cómo en la pared de color blanco
quedan plasmadas unas pequeñas gotas oscuras. Éstas gotas son residuos del aceite que
fue quemado y el causante del CO2 que se produjo.
6.3 Cantidad de hidrógeno consumido por revolución
La cantidad de hidrógeno que entra a la cámara de combustión por cada revolución es un
tema de gran importancia para éste proyecto. Conocer el volumen exacto y por ende la
masa es un tema que quizá se encuentra por fuera de las capacidades de éste proyecto
porque requiere de unos equipos y sensores que no se tienen.
Por ésta razón se realizó un cálculo aproximado de la cantidad teórica que debe estar
entrando de hidrógeno dentro del motor.
Primero es necesario anotar que debido a que se está dejando fija la mariposa reguladora
del aire a la entrada del carburador y ésta tiene dos huecos como se dijo inicialmente, en
éste lugar se genera turbulencia. Además, después de que se abre la válvula de admisión y
se permite la entrada de aire e hidrógeno dentro de la cámara de combustión se genera
nuevamente turbulencia.
Se utilizará la ecuación de Bernoulli para el cálculo teórico de la presión interna del
motor. De acuerdo a las anotaciones hechas anteriormente con respecto a la entrada del
aire, existen dos situaciones en el recorrido del aire hasta la cámara de combustión que se deben tener en cuenta en la ecuación. Esto se muestra en los siguientes cálculos.
40
La ecuación de Bernoulli para el sistema es:
12
12
Donde los valores de V1 y V2 respectivamente son:
2
2
Donde n son las revoluciones del motor en Hz, A1 es la suma de las áreas de los orificios
en la mariposa y A2 el área del anillo. Reemplazando éstos valores y reorganizando la
ecuación resulta:
2ú 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 variables necesarias para el cálculo en Bogotá 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.
41
Los valores de las revoluciones se calcularon entre 1800 y 4000 RPM o 30 y 66.67 Hz. La
masa de aire a la salida de la combustión es entonces:
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 hidrógeno y oxígeno está
dada por:
2H O 2H O
Es necesario calcular el número de moles del N2 para determinar el total de moles en el
aire después de la combustión. El cálculo del número de moles de N2 se obtiene de la siguiente manera:
Moles de N en el aire Moles de O79% de N en el aire21% de O en el aire
1 mol de O % %
=3.762 moles de N
El número de moles en el aire es entonces:
1,78E‐04
1,79E‐04
1,80E‐04
1,81E‐04
1,82E‐04
1,83E‐04
1,84E‐04
1,85E‐04
1,86E‐04
1,87E‐04
1800 2800 3800
Kg
RPM
Masa de aire a la salida de la combustión
Series1
42
Número de moles en el aire moles de N moles de O
1 3.762 4.762 moles de aire
El porcentaje ocupado por el hidrógeno en la cámara de combustión para una mezcla
estequiométrica es:
%Hvolumen en moles de H
volumen total
volumen de Hvolumen de aire volumen de H
24.762 2
29.6% de H
Entones, al multiplicar la masa de aire a la salida de la combustión por 0.3 se obtiene la
masa de hidrógeno a la salida del motor. Esta es:
Gráfica 6.4
Curva de la masa de hidrógeno que sale del motor por revoluciones.
5,35E‐05
5,40E‐05
5,45E‐05
5,50E‐05
5,55E‐05
5,60E‐05
1800 2300 2800 3300 3800
Kg
RPM
Masa de hidrógeno a la salida
Series1
43
A medida que aumentan las revoluciones, la cantidad de hidrógeno que entra a la cámara
de combustión disminuye. Esto significa que la cantidad de aire que debe estar entrando
aumenta a medida que baja la de hidrógeno. Sin embargo la diferencia de masa de
hidrógeno entre 1800 y 4000 rpm es muy pequeña, casi insignificante.
CAPÍTULO 7 – RECOMENDACIONES A TEN ER EN CUENTA PARA
PROYECTOS FUTUROS
• Quizás el mayor inconveniente que existió para la realización del proyecto y en general es un problema al cual se ve enfrentada la ciencia al querer reemplazar al
petróleo para los motores de combustión interna, se debe al almacenamiento del
hidrógeno. Lastimosamente no se contaba con una cantidad abundante de
hidrógeno por lo tanto las pruebas realizadas eran muy limitadas y de muy corto
tiempo. Por eso la recomendación para proyectos futuros que tengan que ver con
motores alimentados con hidrógeno es mejorar el suministro de hidrógeno para el
motor.
• A pesar de que la potencia del motor se reduce según la teoría casi a la mitad con
hidrógeno que con gasolina, es importante verificar y cerciorarse del buen funcionamiento de la celda de carga y la calibración de la misma. Por cuestiones
de tiempo y facilidad así como por el problema del suministro del hidrógeno no
fue posible realizar pruebas superiores a 15 psi de presión de entrada ni repetir
ésta prueba varias veces. Es importante para proyectos futuros realizar mayor
número de pruebas a diferentes presiones de entrada teniendo en cuenta que el
motor actualmente se encuentra funcionando bien.
• También es importante mejorar el control de la entrada de hidrógeno al motor con una válvula reguladora de presión pero de precisión. En otras palabras, garantizar
el suministro constante y exacto de hidrógeno al motor para así tener mejores
resultados en las pruebas y en el funcionamiento del mismo.
44
CONCLUSIONES
El desarrollo del presente proyecto muestra un aporte muy importante para la ingeniería en tema del medio ambiente. Principalmente la importancia para la ingeniería radica en el
problema medio ambiental más que en económico por los elevados precios del petróleo.
Aunque sea con una pequeña muestra, un motor de 200 cc de cuatro tiempos que
probablemente tan solo servir ía para una moto, la importancia radica en demostrar que un
motor convencional con una pequeña modificación sí serviría con hidrógeno.
El tema más importante del proyecto se encuentra en el sistema de inyección que se
diseñó y se utilizó para el hidrógeno. Luego de realizar una investigación profunda en el
tema del hidrógeno como combustible para motores de combustión interna, no fue posible
encontrar un sistema de inyección igual al implementado en éste proyecto. Las propuestas
que hay alrededor del mundo la inyección se hace por el carburador o con inyectores eléctricos. La inyección directa del hidrógeno en el anillo de la válvula de admisión fue
una propuesta hecha por el profesor Jaime Loboguerrero PhD, y se ha estado llevando a
cabo en los laboratorios de la Universidad de Los Andes por un par de años por diferentes
estudiantes en sus proyectos de grado. En éste proyecto se logró poner a funcionar el
motor y se cumplió el objetivo principal de poner en marcha el motor. Además es
importante resaltar que el funcionamiento con éste sistema da muy buen resultado y se
elimina el backfire que se presenta constantemente.
Además se demostró que los gases producidos son eliminados casi totalmente, y si se
compara con los gases que se producen en la combustión de la gasolina la diferencia es
devastadora. Esto demuestra la limpieza de la quema del hidrógeno y porqué sería un excelente reemplazo para el petróleo.
También se debe anotar que el problema principal radica en el almacenamiento del
hidrógeno. Aún esto se encuentra en desarrollo a nivel mundial, pero la invitación es para proyectos de grado futuros diseñar formas eficientes y económicas para el
almacenamiento del gas. Igualmente se debe investigar cómo obtener la mayor capacidad
del hidrógeno en la combustión, es decir, cómo garantizar que la potencia de un motor no
se reduzca de tal manera cuando se pasa de gasolina a hidrógeno.
45
La curva de potencia 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
para éste proyecto. Es importante resaltar que la gráfica obtenida es una base para futuros
desarrollos con el motor. Se deben realizar pruebas futuras con presiones de entrada de
hidrógeno superiores a los 15 psi y lograr encontrar la cantidad en la cual el rendimiento
del motor es óptimo. También se debe revisar las instalaciones de los equipos de
medición, calibraciones y el ruido que se presenta en la toma de los datos.
En cuanto al consumo del hidrógeno calculado para el motor, con un consumo máximo de
5.57E-5 kg a 1800 RPM que baja hasta 5.35E-5 kg a 4000 RPM , se observa que ésta
variación es mínima. Además se debe resaltar que el consumo por revolución es muy
pequeño y a medida que el motor se acelera, el paso de hidrógeno a la cámara de
combustión se hace menor al mismo tiempo que aumenta la entrada del aire. Esto
signif ica que por cada ciclo del motor entra una cantidad muy pequeña de hidrógeno pero
a medida que se revoluciona más el motor el tiempo que permanece abierta la válvula de
admisión se disminuye proporcionalmente y por ésta razón disminuye la cantidad de
hidrógeno que entra al motor. A pesar de que las cantidades del gas que se inyectan al
motor son tan pequeñas por revolución, la cantidad del gas en el suministro, en este caso
el cilindro de gas se disminuye a gran velocidad. Esto se debe a que las propiedades del hidrógeno no favorecen a éste proceso puesto que el gas es muy liviano y la densidad es
mínima entonces a pesar de que se almacenan 0.5 m3 de hidrógeno a 60 psi en el cilindro,
comparado con cualquier otro gas, la masa del hidrógeno es muy inferior.
46
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