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7/26/2019 Paper Legislacion

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USO DE HIDRGENO COMO COMBUSTIBLE ENUN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA

Jos Carlos Tong Ladrn de Gueara! "e#n Jes$s Salas %u#n&a! "e#nAlonso Rodr'gue( Sanllana

Estudiantes de la Escuela Profesional de Ingeniera de Minas de la UniversidadCatlica de Santa Mara

RESUMEN

La ciudad de Arequipa es despus de Lima, la ciudad con el aire ms

contaminado del Per y ello se debe principalmente al estado crtico de su

parque automotor. Segn un ltimo informe ambiental realizado por !"A en el

a#o $%&', el () * del aire contaminado de esa urbe pro+iene del transportepblico y pri+ado.

Se estima que en Arequipa circulan &$ mil +e-culos, de los cuales '$ mil son

tais y /,0%% combis o colecti+os. 1e este total, por lo menos &,&%% unidades

del ser+icio urbano tienen ms de $% a#os de antig2edad.

!s por ello que en el presente traba3o se presenta una tecnologa sobre

tecnologas limpias mediante el uso de -idrogeno como combustible en

motores de combusti4n interna para la reducci4n de emisiones contaminantes,

en el presente traba3o describimos conceptos acerca del funcionamiento de

motores con+encionales, caractersticas del -idrogeno y su almacenamientoas como la aplicaci4n en motores de combusti4n interna para +e-culos

li+ianos.

INTRODUCCION

Debido a la alta contaminacingenerada por el uso decombustibles fsiles en los motoresde combustin interna y el excesivoincremento del parue automotor

en la ciudad de !reuipa" el uso de#idrogeno como combustible serauna excelente alternativa parareducir las emisiones de gasestxicos como monxido y dixido decarbono ue adem$s son grandesgeneradores de gases de efectoinvernadero" principal causante del

cambio clim$tico" calentamientoglobal y contaminacin del aire%

Sera una alternativa de solucinlimpia ya ue el #idrgeno uemadodentro del motor genera&nicamente vapor de agua como

producto de combustin ue seradesec#ado por el tubo de escape%


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Por consiguiente" la presenteinvestigacin tiene como motivacinla utili'acin del #idrogeno comocombustible en motores decombustin interna de ve#culos

livianos en la ciudad de !reuipa%

Para ello se reali' una metodologadescriptiva bas$ndonos eninformacin acerca de estudiosreali'ados en diferentes pases" delas venta(as y reduccin de emisinde gases txicos debido al uso de#idrogeno como combustible%

)RESENTACIN DEL)ROBLEMA

)os euipos de traslado liviano*automviles y camionetas+ uem$s aceptacin #an tenido son losmotores de combustin interna" aellos corresponde m$s de un ,- .de la totalidad de la energaproducida en el mundo

Del resultado de este proceso decombustin del motor concombustibles fsiles *gasolina opetrleo+" se obtienen diversosgases y productos" entre ellos losm$s importantes son el monxidode carbono *C/+" el dixido decarbono *C/0+" el /xigeno */0+"1idrocarburos no uemados *1C+"2itrgeno *2+" !gua *10-+ y ba(o

ciertas condiciones xidos de2itrgeno *2ox+%

)as crecientes emisiones a laatmsfera de gases tales como3C/0" metano" xido nitroso y loscloro45urocarbonatos" re5e(an lanecesidad de un enfoue integral en

el tratamiento de los problemasambientales y del desarrollo" ascomo la necesidad de una accinconcertada de la comunidad paramitigar los efectos del

calentamiento global y de lacontaminacin atmosf6rica engeneral%

Por tal motivo" para la reduccin deemisiones de C/0" C/" Metano" 2"2ox" cloro45urocarbonatos e1idrocarburos no uemados"proponemos el uso de una pila de#idrogeno como combustibleenerg6tico%

OBJETI*O GENERAL

El ob(etivo es el uso de #idrogenocomo fuente de energa en un motorde combustin interna%

OBJETI*OS ES)ECI+ICOS

Proponer una alternativa de solucinpara el ambiente mitigando lageneracin de gases contaminantesocasionados por la combustinincompleta de combustibles fsiles%

MARCO TEORICO

Co,-us-leCualuier material capa' de liberarenerga cuando se oxida de formaviolenta con desprendimiento decalor% Supone la liberacin de unaenerga de su forma potencial a unaforma utili'able sea directamente o


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energa mec$nica" de(ando comoresiduo calor" dixido de carbono yalg&n otro compuesto umico%

Co,-usn

Es una reaccin umica deoxidacin" en la cual generalmentese desprende una gran cantidad deEnerga en forma de calor y lu'%

Mo&or

Es la parte sistem$tica de unam$uina capa' de #acer funcionarel sistema" transformando alg&ntipo de energa en energa mec$nica

capa' de reali'ar un traba(o

Mo&or de .o,-usn #n&erna

Es un tipo de m$uina ue obtieneenerga mec$nica directamente dela energa umica de uncombustible ue arde dentro de lac$mara de combustin% Su nombrese debe a ue dic#a combustin seproduce dentro de la propia

m$uina%

H#drogeno

Es el m$s simple de todos los$tomos y el elemento ue formam$s compuestos" y como la mayorade los gases es diatmico" pero sedisocia en $tomos libres a altastemperaturas%

)#la de /#drogenoEs un dispositivo electroumico deconversin de energa similar a unabatera" pero se diferencia en 6staen ue est$ dise7ada para permitirel reabastecimiento continuo de los

reactivos consumidos *#idrgeno yoxgeno+ y producir electricidad%

DESCRI)CION DE LASOLUCION

8as$ndonos en diferentesmetodologas aplicada por diversosautores" explicaremos la forma deusar el #idrogeno como combustiblepara automviles livianos%

Primero ue el #idrogeno usadocomo combustible presentacaractersticas similares a cualuierotro combustible" diferenci$ndose

principalmente en su ba(a energade ignicin y desec#os decombustin%

9ecordemos ue los motorestraba(an en cuatro tiempos" ueprecisa cuatro carreras de pistn oembolo para completar el ciclotermodin$mico de combustin"estos cuatro tiempos son3 !dmisin"Compresin" Expansin y Escape%

"igura &5 6iempos de motor

!l :nali'ar la carrera de Escape en

un motor de cuatro tiempos" con elpistn en las cercanas del puntomuerto superior" el cilindro contienegases residuales de la combustin%Estos gases est$n a elevadatemperatura y entran en contactocon la me'cla proveniente del tubo


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de admisin en el momento en uecomien'a a abrir la v$lvula deadmisin por lo ue potencialmentepodran encenderla%

)a 'ona en ue comien'an ame'clarse los gases residuales y losde admisin es en la ue se generala combustin%

)a temperatura del encendido es lanecesaria para ue una me'cla deaire y combustible comience auemarse si se le calienta#omog6neamente" en caso de unencendido locali'ado *bu(a+" es

necesario adem$s de alcan'ar unaadecuada temperatura" sino aportarun mnimo de energa de ignicin%Esto explica porue una bu(a conc#ispa d6bil es ine:ca' paraencender una me'cla de aire ygasolina aun cuando sutemperatura supera ampliamente ladel encendido o in5amacin%

En caso de combustibles

convencionales" la posibilidad deencendido al tomar contacto lame'cla de ignicin con los gasesresiduales" se ve minimi'ada debidoa ue necesitan m$s energa deignicin%

Cuando el motor opera con me'clasmuy pobres" la velocidad deuemado se relanti'a muc#o#aciendo ue la combustin tomebuena parte de la carrera deexpansin para poder desarrollarse"esto #ace ue la temperatura al:nal de la expansin sea bastantem$s alta ue en funcionamientonormal y por ello" los gases

residuales incrementenconsiderablemente su temperatura%

Sin embargo" cuando se opera con#idrogeno" la ba(a energa deignicin #ace ue el fenmeno deencendido de la me'cla de ignicinal entrar en contacto con los gasesresiduales sea inevitable si se utili'ala t6cnica de formacin de me'cla#omog6nea en el tubo de admisincomo es #abitual en motores deinyeccin o carburador%

Como lo di(imos anteriormente sicomparamos el #idrogeno con los

combustibles fsiles tradicionales" lasegunda diferencia m$s importantees ue el #idrogeno solo de(a comosubproducto de su combustinvapor de agua" de a# ue resulteser un combustible limpio" nocontaminante%

/tra diferencia importante es ue sepuede obtener #idrogeno a partirdel agua mediante electrolisis

utili'ando la electricidad generadapor alguna fuente primaria deenerga y una ve' uemado sevuelve a generar la misma cantidadde agua inicial" cerr$ndose un cicloen el cual el medio ambiente no sealtera" esto lo convierte en uncombustible abundante y renovabledebido a la gran cantidad de aguapresente en el planeta%

El problema es la capacidad dealmacenamiento debido a ue es elm$s liviano de los elementos y surelacin de energa;volumen esmnima%


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Debido al agotamiento de reservasde combustibles fsiles" lacontaminacin atmosf6rica"deterioro de la capa de o'ono ycambio clim$tico podemos decir ue

el #idrogeno es una excelentealternativa a mediano y largo pla'o"no solo por ser una tecnologalimpia no contaminante sinotambi6n a su alto poder calor:co yrenovabilidad y abundancia%

Co,-us-le

Energ'aEs0e.#1.

a234/53g6

Dens#dadde

Energ'a234/5l6

H#drogeno

Gas

Na&ural=-"? -"-=

E&ano =@"@0 -"-0-)ro0ano =0",, -"-0ABu&ano =0"B -"-


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densidad relativamente ba(a del#idrogeno almacenado sumado a lasaltas presiones involucradasconstituyen importantesdesventa(as en este m6todo de

almacenamiento%

H#drogeno L'7u#do

Permite incrementar la masa del#idrogeno con relacin al volumendel contenedor% Se almacena entanues criog6nicos a 40A-C apresin atmosf6rica%

Debido a la ba(a temperatura critica

del #idrogeno *40@-C+" solo puedenalmacenarse en forma luida ensistemas abiertos para evitar unafuerte sobrepresin% Por lo tanto" latransferencia de calor a trav6s delas paredes del contenedor produceuna p6rdida de #idrogeno porevaporacin" esta p6rdida es enfuncin al tama7o" la forma yaislacin t6rmica del recipiente"tambi6n es proporcional a la

relacin super:cie;volumen" por locual la velocidad de evaporacindisminuye al aumentar el tama7odel contenedor%

H#druro Me&8l#.o

Este proceso consiste en absorber elgas a ba(a temperatura y a unapresin su:ciente para ue laaleacin se #idrure completamente"

posteriormente se calienta paraliberar el gas a una presin m$selevada%

)os recipientes de #idruro met$licopara recepcionar #idrogeno debenposeer dispositivos ue permitanenfriar y calentar el material" las

presiones varan de 0 a 0B bar y lastemperaturas oscilan entre =- y=--C" para la absorcin y desorcinrespectivamente" la energa paraoperar este sistema de

almacenamiento es ba(a al ordendel =0. del calor de combustin deloxgeno%

)a desventa(a de los #idrurosmet$licos es su fragilidad y enalgunos casos el aumento #asta del0A. respecto al material no#idrurado" esto #ace ue en ciclosde absorcin4desorcin se produ'cadecrepitacin del material"

transform$ndose en polvo contama7os al orden de micrones" locual di:culta el 5u(o de calor" ue esnecesario para ue el proceso seae:ciente%

Es muy importante tener en cuentaeste aspecto en el dise7o de losrecipientes contenedores de#idruros%

M&odo deal,a.ena,#

en&o

T29C6

)2-ar6

+en,eno :o-sera.#ones

C#l#ndros degas a al&a0res#n

0A =


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A-sor-#dosen s#os

#n&ers.#ales de un,e&al

2H#druro,e&8l#.o6

0A = 1idrogeno *1atmico+

intercalado enmetal an:trin"

#idruros

totalmentereversible a G

ambiente%"igura /5 8todos de

almacenamiento de -idrogeno

Uso de /#drogeno ene/'.ulos l##anos

)os motores de ve#culos puedenser adaptados para utili'ar

#idrogeno como combustible conmuy pocos cambios del motorconvencional%

Como lo mencionamos el #idrogenotiene una alta velocidad de llama"lmites de 5amabilidad altas"adem$s presenta alta temperaturade detonacin y necesita menosenerga para su ignicin ue lagasolina%

El #idrogeno uemado en celdastiene una e:ciencia mayor de 0"Aveces si se uemara el mismo enun motor t6rmico%

Se utili'ara celdas electrolticasacidas ue tienen las siguientesreacciones3

Hnodo3 10

01*p+0e*n+

C$todo3 J /0 01*P+0e*n+10/

Gotal3 10=;0 /010/


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Como podemos ver el resultado dela reaccin *=. a =A-C" 2o debemosolvidar ue este c$lculo es ideal" enla realidad se reduce del ?- al ,-.su e:ciencia dependiendo lascondiciones de operacin%

"igura '5 "uncionamiento de una

pila de -idr4geno

!dem$s de la pila o celdas de#idrogeno se necesita un motorel6ctrico convencional ue #aceposible el movimiento delautomvil%

"igura 05 8otor elctrico

con+encional

RESULTADOS ; DISCUSIN

Se anali' el uso de #idrgeno en

un motor de combustin interna"d$ndonos como resultado ue alusar una pila de #idrogeno (unto aun motor el6ctrico se reduciraconsiderablemente las emisiones degases txicos producidos por lacombustin incompleta decombustibles fsiles ya ue elresiduo del #idrogeno comocombustible es vapor de agua%

)a di:cultad para uso ve#icular de#idrogeno se mani:esta en lacapacidad de almacenamiento delmismo" ya ue su relacin deenerga;volumen es mnima y a lave' posee la m$xima relacinenerga;peso" lo ue signi:ca ue setendra ue tener un contenedordemasiado grande para reali'ar unrecorrido de A-- ilmetros como

promedio%


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RE+ERENCIAS

K=L Payri" %" Desantes" N%M%" OMotoresde combustin interna alternativos9evert6 0-==

K0L Daniel 8aril$" )uis 8ugna"!lberto Gorres" Pedro Qoloda"

ODesarrollo de una t6cnica para laobtencin del diagrama indicado enmotores de combustin interna sinnecesidad de referencia angular"Congreso nacional de ingeniera

mec$nica y el6ctrica" 8uenos !ires"0--0

K

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