REVISTA ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
Vol. 11 Núm. 1 / 2022
MASAPANTA M., AIMACAÑA D., Análisis comparativo de consumo de combustible y emisiones producidas por un generador de
hidrógeno de celda seca vs gasolina de 92 octanos el motor de combustión interna EFI 1800 cc
Edición No.11/2022 (9) ISSN 1390- 7395 (9/10)
---------------------------------------Artículo Científico / Scientific Paper ___________________________________________________
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Análisis comparativo de consumo de combustible y emisiones producidas por un
generador de hidrógeno de celda seca vs gasolina de 92 octanos el motor de
combustión interna EFI 1800 cc
Comparative analysis of fuel consumption and emissions produced by a dry cell
hydrogen generator vs. 92 octane gasoline in the EFI 1800 cc internal
combustion engine.
Marco Masapanta 1 , Darwin Aimacaña 2
RA MOTORS DEL ECUADOR 1, LUBRICACION GLOBAL2
Correspondencia Autores: eduarmspnt@gmail.com , aimapaul26@gmail.com
Recibido: 18 de octubre de 2022, Publicado: 15 de diciembre de 2022
Resumen— La integración de un generador de hidrógeno
de celda seca en el motor Opel Corsa de 1.8 L implica la
operación de un sistema que produce HHO como carburante
adicional, complementando la mezcla aire-combustible con el
objetivo de optimizar el rendimiento del combustible y reducir
las emisiones contaminantes. Para evaluar el impacto en las
emisiones contaminantes, se llevaron a cabo pruebas
aplicando la norma INEN NTE 2204 utilizando un analizador
de gases. Los resultados mostraron una reducción de hasta el
12% en monóxido de carbono (CO) al utilizar HHO en
combinación con gasolina extra y súper, mientras que los
demás gases como hidrocarburos (HC), dióxido de carbono
(CO2) y oxígeno (O2) no experimentaron reducciones
significativas, cumpliendo con los estándares establecidos en
ambos casos. Además, se realizó una prueba de consumo
conforme al protocolo WLTP, demostrando una optimización
del uso de combustible de hasta el 15% al emplear gasolina
súper.
Palabras clave—. Emisiones de combustible, Emisiones
contaminantes, Generador de hidrógeno. Protocolo WLTP
Abstract— The integration of a dry cell hydrogen generator
into the Opel Corsa 1.8 L engine involves operating a system
that produces HHO as an additional fuel, complementing the
air-fuel mixture to optimize fuel efficiency and reduce
emissions. To assess the impact on emissions, tests were
conducted following the INEN NTE 2204 standard using a gas
analyzer. Results showed a reduction of up to 12% in carbon
monoxide (CO) when using HHO with both regular and
premium gasoline, while other gases such as hydrocarbons
(HC), carbon dioxide (CO2), and oxygen (O2) did not
experience significant reductions, meeting the standards in both
cases. Additionally, a fuel consumption test was conducted
following the WLTP protocol, demonstrating up to a 15%
optimization in fuel usage with premium gasoline.
Keywords—. Emission, Pollutant emissions, Hydrogen
generator, WLTP protocol
I INTRODUCCIÓN
Una aplicación destacada que involucra la generación
de hidrógeno es la implementación de un sistema
Gasolina-HHO en motores de combustión interna. El gas
HHO, producido mediante electrólisis, se introduce
directamente en el sistema de alimentación del motor,
donde se combina con la mezcla aire-combustible,
proporcionando así un carburante suplementario a la
gasolina. Este sistema se desarrolla con eficiencia sin
causar alteraciones en el funcionamiento adecuado del
motor.
La búsqueda de alternativas energéticas para
reemplazar los combustibles fósiles en vehículos se
justifica por las consecuencias del uso de estos últimos.
En Ecuador, por ejemplo, las emisiones de dióxido de
carbono derivadas de la quema de combustibles fósiles
alcanzaron las 2.3 toneladas métricas per cápita en 2019.
El hidrógeno puede ser utilizado como un carburante
adicional a la mezcla aire-combustible, lo que mejora la
combustión y optimiza los parámetros característicos del
motor. Al ser inyectado directamente en el motor, la
combustión del hidrógeno es hasta 10 veces más rápida
que la del combustible convencional (gasolina),
ocupando los espacios vacíos entre las moléculas. En
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esencia, el hidrógeno actúa como una bujía gigante que
enciende todo el combustible para una combustión limpia
y completa.
Por lo tanto, existe un creciente interés en explorar
fuentes de energía alternativas, como la generación de
hidrógeno, para complementar los hidrocarburos [1].
II MÉTODOS Y MATERIALES
Se aborda varios aspectos relacionados con el consumo
de combustible y las emisiones de gases contaminantes
en un motor de combustión interna, así como la
implementación de un generador de hidrógeno de celda
seca en el vehículo. Se utilizan diferentes métodos y
materiales para llevar a cabo estas investigaciones.
Se calcula el consumo específico de combustible
utilizando una fórmula específica y se realiza una prueba
de consumo de combustible en ruta siguiendo el
protocolo WLTP. Para medir las emisiones de gases
contaminantes, se utiliza un analizador de gases y se
aplica la norma técnica NTE INEN 2204.
Precauciones y medidas de seguridad para la instalación
del generador de hidrógeno, así como el procedimiento
para la preparación del electrolito necesario. Además, se
detallan los componentes y el funcionamiento del
generador de hidrógeno de celda seca.
Incluye cálculos relacionados con la admisión de la
mezcla aire/combustible en el motor y se presentan los
resultados de las pruebas de emisiones de gases tanto con
gasolina súper 92 octanos como con gasolina súper 92
octanos y HHO, demostrando el cumplimiento de las
normativas correspondientes.
Consumo de combustible
Todo vehículo tiene especificaciones técnicas,
dentro de las cuales está el consumo específico de
combustible, pero este valor está muy por encima del real
ya que este valor se obtiene bajo condiciones óptimas de
funcionamiento, tanto del propio vehículo, como de las
condiciones exteriores como el clima, tipo de carretera.
Por esto es importante la medición del consumo de
combustible que tiene por objeto controlar la cantidad de
combustible que se consume en determinada distancia.
[2]
󰇣
󰇤  󰇟󰇠
󰇗
󰇟󰇠
Donde:
: Consumo específico
: Flujo másico de combustible
: Volumen total motor
: Rendimiento Interno
: Rendimiento mecánico
: Potencia teórica
: Rendimiento Volumétrico
El dióxido de carbono, aunque no tiene efectos
directos sobre la salud, se reconoce como un gas de
efecto invernadero que contribuye significativamente al
calentamiento global al retener el calor en la atmósfera
[3].
El monóxido de carbono se forma durante la
combustión incompleta de materiales como la madera,
aceites y carbón, y se encuentra en los humos de los
vehículos y el tabaco. Las emisiones de CO aumentan
con la riqueza de la mezcla, siendo bajas y crecientes
para mezclas pobres y aumentando bruscamente cuando
la mezcla carece de oxígeno [4].
Los hidrocarburos no combustionados presentan un
nivel mínimo de emisiones en mezclas pobres, ya que, a
mayor riqueza, mayor es la concentración de
hidrocarburos en la mezcla. Sin embargo, con mezclas
muy pobres, esta tendencia se invierte debido a
apagados locales de llama [5].
El hidrógeno es el gas menos denso conocido, con
un poder calorífico inferior muy elevado por unidad de
masa, pero bajo por unidad de volumen debido a su baja
densidad. Tiene una baja energía de activación y amplios
rangos de inflamabilidad y explosividad, lo que hace
que cualquier mezcla con aire prenda o explote
fácilmente [6].
El Protocolo WLTP establece los parámetros básicos
para la prueba de consumo de combustible en ruta,
incluyendo la duración del ciclo, la distancia recorrida,
la fase de conducción y las temperaturas de prueba [7].
Tabla 1. Protocolo wltp de prueba de ruta
Protocolo WLTP (Procedimiento de prueba de vehículos
ligeros armonizados en todo el mundo)
Ciclo de prueba
Ciclo dinámico
Duración de ciclo
Mínimo 30 minutos
Distancia del ciclo
Mínimo 23,25 kilómetros
Fase de conducción
52% urbano 48% extraurbano
Velocidad media
46,5 kilómetros por hora
Velocidad máxima
131 kilómetros por hora
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Cambios de velocidad
Calculados para cada automotor
Temperaturas de prueba
14°C a 23°C
Para garantizar la seguridad durante la instalación del
generador de hidrógeno de celda seca en el vehículo, es
crucial inspeccionar meticulosamente cada componente
del sistema, incluidas las mangueras, depósitos, cables
eléctricos y el reactor.
Es fundamental tomar precauciones al manipular los
reactivos, como el Hidróxido de Potasio y el Bicarbonato
de Sodio, para preparar la mezcla. Se deben utilizar
guantes de protección personal, gafas protectoras y
mascarilla para evitar cualquier riesgo.
Dada la alta explosividad del hidrógeno durante las
pruebas de funcionamiento, se recomienda el uso de
tapones para los oídos debido al excesivo ruido generado
al entrar en contacto con una chispa.
En cuanto a la instalación mecánica del sistema, es
necesario posicionar el reactor de hidrógeno de forma
vertical para garantizar su correcto funcionamiento.
Además, se debe tener en cuenta que la conexión eléctrica
es la última etapa del proceso, considerando la señal de
salida del generador que se activará mediante la señal de
contacto del vehículo.
Para preparar el electrolito, se requiere medio galón de
agua, ya sea destilada o no, al que se agregan 10 gramos
de bicarbonato y 20 gramos de hidróxido de potasio hasta
que la mezcla esté homogénea. Además, se recomienda
añadir 2 ml de refrigerante de color a la mezcla antes de
verterla en el depósito, lo que facilitará la detección de
posibles fugas en el sistema
III PRUEBAS Y RESULTADOS
Para implementar el generador de hidrógeno de celda
seca, se requieren componentes específicos del sistema,
como el depósito, el secador, el generador y otros filtros
de HHO necesarios para la producción de hidrógeno.
En cuanto al funcionamiento del sistema la conexión
del reactor de HHO trabaja con 12 V y dispone de las
siguientes características.
Tabla 1. Características del generador de hidrógeno
Parámetros
Valor
Unidad
Número de placas (n)
6
---
Consumo de voltaje del
generador
12
V
Consumo de amperaje
5
A
Separación entre placas
5
mm
El generador de hidrógeno consta de 6 placas,
funciona con un voltaje de 12 V y consume 5 amperios.
Cálculo del volumen de hidrógeno.

  
 



El gas de oxígeno producido en volumen es la mitad del
volumen del gas de hidrógeno, por lo que el flujo de gas
HHO suministrado por el reactor es:
 


  
  
 
 
 
Analizador de gases
El opacímetro a través del software de inspección
sirve para analizar las emisiones contaminantes de
motores a gasolina, GNV y diésel, además que cuenta
con captadores de RPM y temperatura.
Tabla 2. Protocolo wltp de prueba de ruta
Protocolo WLTP (Procedimiento de prueba de
vehículos ligeros armonizados en todo el mundo)
Ciclo de prueba
Ciclo dinámico
Duración de ciclo
Mínimo 30 minutos
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Distancia del ciclo
Mínimo 23,25 kilómetros
Fase de conducción
52% urbano 48%
extraurbano
Velocidad media
46,5 kilómetros por hora
Velocidad máxima
131 kilómetros por hora
Cambios de velocidad
Calculados para cada
automotor
Temperaturas de
prueba
14°C a 23°C
Después de completar la conexión mecánica y
eléctrica del generador de hidrógeno en el vehículo, se
llevaron a cabo pruebas en el dinamómetro.
Pruebas de consumo con gasolina súper:
Se aplicó el protocolo WLTP para obtener datos de
consumo de combustible. La ruta de prueba, que cubre
una distancia de 30 kilómetros, 2820 MSN, se mantuvo
un régimen de revoluciones entre 2500 y 3000 rpm, con
un flujo de tráfico moderado. Para asegurar la precisión
de los datos, se utilizó un tanque secundario transparente
y graduado con una capacidad de 7 litros, que permitió
medir el volumen de combustible consumido con mayor
exactitud. Al finalizar cada prueba, se midió el
combustible restante en el tanque secundario utilizando
una probeta graduada en mililitros.
Resultados de consumo con gasolina súper:
Se registraron los niveles de consumo en
condiciones de uso exclusivo de gasolina súper y en
combinación con HHO, con dos pruebas realizadas en
cada condición.
Tabla 3. Valores de consumo con gasolina súper y HHO
Sistem
a
Cantidad
consumi
da (l)
Autonom
ía Km/l
Valor
promedi
o
Variació
n
autonom
ía
Súper
2,56
11,72
11,86
14,58
2,50
12,00
Súper
+
HHO
2,28
13,16
13,59
2,14
14,02
Fig. 1 Consumo con gasolina súper + HHO
Después de completar ambas pruebas para cada
condición de consumo de combustible, ya sea con
gasolina súper únicamente o combinada con HHO, se
obtuvo un promedio de 11.86 kilómetros por litro de
combustible en la condición con gasolina súper, y 13.59
kilómetros por litro de combustible en la condición dual
con gasolina súper y HHO. Esto representa un aumento
del 14.58% en la autonomía del vehículo. Estos
resultados se encuentran detallados en la tabla.
Matematización de valores de admisión de la mezcla
aire/combustible.
El coeficiente de amortiguación y resistencia
para vehículos a gasolina y la velocidad del aire a
ese régimen de   a una temperatura de
12 °C.
Densidad del aire al final de la admisión.
 


 

󰇛 󰇜 

 󰇛󰇜󰇛
󰇜

 
Prueba de emisiones de gases
Las pruebas de emisiones de gases
contaminantes del motor de combustión interna OPEL de
1.8 L se realizaron en el laboratorio de Autotrónica de la
Universidad de las Fuerzas Armadas con el analizador de
gases CARTEK, aplicando la norma técnica NTE INEN
SUPER
SUPER + HHO
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
1 2
SUPER 11.72 12.00
SUPER + HHO 13.16 14.02
11.72 12.00
13.16 14.02
Kilómetros de autonomía
Por 1 litro de combustible
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2204 a una altura de 2820 m sobre el nivel del mar en la
parroquia Belisario Quevedo del cantón Latacunga.
TABLA III PRUEBA DE EMISIONES CON
GASOLINA SUPER
Par.
Medición 1
Medición 2
Promedio
R.
C.
R.
C.
R.
C.
HC
178
54
159
52
168,33
52,33
CO
(%V)
0,69
0,77
0,61
0,77
0,63
0,76
CO2
(%V)
13,27
13,42
13,37
13,46
13,31
13,45
O2
(%V)
0,06
0,03
0,06
0,03
0,06
0,03
RPM
774
2229
774
2220
771,00
2219
Nota: R (Ralentí) y C (Crucero)
Aplicando la norma técnica NTE INEN 2204 a 2820
m sobre el nivel del mar se realizaron tres mediciones
con sus respectivos promedios al utilizar el combustible
súper, en ralentí a 771 rpm y en modo crucero a 2219
rpm, en donde los HC llegaron a 168.33 ppm en ralentí
y 52.33 ppm en modo crucero. El porcentaje en volumen
del monóxido de carbono CO en modo ralentí llegó a
0.63 y en modo crucero 0.76, del dióxido de carbono
CO2 de 13,31 en ralentí y 13.45 en crucero, del oxígeno
O2 de 0.06 en ralentí y 0.03 en crucero. Los datos
conseguidos aprobaron la norma técnica NTE INEN
2204.
Prueba de emisiones con gasolina Súper y HHO
En la siguiente tabla se muestran los resultados de
emisiones de gases contaminantes del vehículo con
gasolina súper y HHO aplicando la norma NTE INEN
2204.
Tabla 4. Prueba de emisiones con gasolina súper y HHO
Par.
Medición 1
Medición 2
Promedio
R.
C.
R.
C.
R.
C.
HC
173
52
176
54
173,33
53,00
CO (%V)
0,5
0,78
0,61
0,76
0,55
0,77
CO2 (%V)
13,36
13,46
13,35
13,6
13,37
13,50
O2 (%V)
0,07
0,04
0,05
0,03
0,06
0,03
Par.
Medición 1
Medición 2
Promedio
R.
C.
R.
C.
R.
C.
RPM
771
2220
772
2213
771
2216
Aplicando la norma técnica NTE INEN 2204 a 2820 m
sobre el nivel del mar se realizaron tres mediciones con
sus respectivos promedios, en ralentí a 771 rpm y en
crucero a 2216 rpm, en donde los HC llegaron a 173.33
ppm en ralentí y 53 ppm en crucero. El porcentaje en
volumen del monóxido de carbono CO en modo ralentí
llegó a 0.55 y en modo crucero 0.77, del dióxido de
carbono CO2 de 13,37 en ralentí y 13.50 en crucero, del
oxígeno O2 de 0.06 en ralentí y 0.03 en crucero. Los datos
conseguidos aprobaron la norma técnica NTE INEN
2204.
Relación y análisis de emisiones con combustible súper
vs súper + HHO
Al aplicar la norma NTE INEN 2204 para el estudio
de las emisiones contaminantes, se realizó una tabla
resumen con variaciones porcentuales con cada uno de
los parámetros de HC, CO, CO2 y O2 al utilizar gasolina
súper con hidrógeno.
Tabla 5 Análisis de variación de emisiones
contaminantes
Parámetros
Ralentí
Limite
Súper
Súper + HHO
Variación
HC (ppm)
168,33
173,33
+2,88%
200 ppm
CO (%V)
0,63
0,55
-12,70%
1%
CO2 (%V)
13,31
13,37
+0,45%
7%
O2 (%V)
0,06
0,06
0,00%
5%
Fuente: Autores
Al implementar hidrógeno con gasolina súper, los
hidrocarburos no combustionados HC en el estudio,
aumentaron en un valor porcentual de 2.88% en modo
ralentí y en modo crucero en un 1.26%. En cambio, hubo
una reducción del monóxido de carbono CO de un
12.70% en ralentí y en modo crucero aumentó en un 1.3
%. Y con el dióxido de carbono CO2 en modo ralentí
aumentó en un 0.45% y disminuyó en modo crucero en
un 0.37%. Los valores porcentuales de oxígeno no
tuvieron variación en ambos casos y ambos aprobaron
la norma NTE INEN 2204.
IV CONCLUSIONES
MASAPANTA M., AIMACAÑA D., Análisis comparativo de consumo de combustible y emisiones producidas por un generador de
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. La introducción de combustible súper y HHO
produjo una reducción del 12,70% en las emisiones de
monóxido de carbono en ralentí, y una disminución del
0,37% en las emisiones de dióxido de carbono en régimen
de crucero. Estos valores cumplen con los estándares
establecidos por la norma NTE INEN 2204.
La preparación del electrolito se realiza utilizando
componentes fácilmente disponibles en el mercado, como
el hidróxido de potasio, el bicarbonato, un concentrado de
refrigerante y agua común.
El estudio detallado del consumo de combustible y las
emisiones de gases contaminantes en vehículos de
combustión interna revela la importancia de medidas
precisas y realistas en condiciones de conducción reales,
destacando la necesidad de protocolos como el WLTP y
normativas técnicas como la NTE INEN 2204 para
evaluar adecuadamente el rendimiento y el impacto
ambiental.
La implementación segura y efectiva de generadores
de hidrógeno de celda seca en vehículos requiere
precauciones rigurosas y la comprensión completa de los
componentes y procedimientos involucrados, subrayando
la importancia de la seguridad y la preparación adecuada
del electrolito.
Los resultados de las pruebas de consumo y emisiones
muestran que la adición de hidrógeno (HHO) a la
gasolina súper puede mejorar significativamente la
eficiencia del combustible y reducir las emisiones de
gases contaminantes, lo que respalda la viabilidad de esta
tecnología como una medida para mitigar el impacto
ambiental de los vehículos de combustión interna.
El análisis detallado de la variación en las emisiones
de gases revela patrones consistentes de reducción en los
niveles de monóxido de carbono (CO) y ligeros cambios
en los niveles de dióxido de carbono (CO2) y
hidrocarburos no combustionados (HC), lo que indica una
mejora general en la combustión y la eficiencia del
sistema.
La validación de los resultados con respecto a las
normativas técnicas garantiza la calidad y la confiabilidad
de los hallazgos, respaldando la implementación y el
desarrollo continuo de tecnologías de reducción de
emisiones en vehículos de combustión interna.
Se recomienda continuar investigando y refinando las
técnicas de implementación de generadores de hidrógeno
en vehículos, así como realizar pruebas adicionales en
diversas condiciones de conducción para evaluar su
aplicabilidad en diferentes entornos y situaciones.
Para establecer la influencia del HHO en los
parámetros del motor, es fundamental que este esté
afinado y funcionando correctamente, garantizando la
obtención de datos confiables para el análisis.
Es necesario verificar el adecuado funcionamiento del
sistema eléctrico del generador de hidrógeno, incluyendo
el voltaje, amperaje y resistencias, para evitar problemas
de ineficiencia en el reactor o un consumo inadecuado de
la batería que pueda afectar el funcionamiento del
vehículo.
REFERENCIAS
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alternativo del motor que funciona a hidrógeno
versus el motor a gasolina (Tesis Pregrado,
Universidad de las Fuerzas Armadas). Repositorio
Institucional, Latacunga.
http://repositorio.espe.edu.ec/handle/21000/7016
[2] Castillo, J., Rojas, V., & Martínez, J. (2017).
Determinación del Torque y Potencia de un Motor de
Combustión Interna a Gasolina Mediante el Uso de
Bujía con Sensor de Presión Adaptado y Aplicación
de un Modelo Matemático. Revista Politécnica,
39(1), 40-58.
https://revistapolitecnica.epn.edu.ec/ojs2/index.php/
revista_politecnica2/article/view/719
[3] De Antonio, A. R., & Muñoz, M. (2015). Motores de
Combustión interna. www.uned.es/Publicaciones.
https://elibro.net/es/lc/espe/titulos/48846
[4] De Correa, C., & Hernández, G. (1998).
Combustibles Alternativos. Facultad de Ingenieria
Universidad de Antioquia, 67-77.
[5] Díaz, Á., González, J., & González, A. (2018).
Análisis de un generador de HHO de celda seca para
su aplicación en motores de combustión interna. UIS
Ingenierías, 17(1), 143-154.
https://doi.org/https://doi.org/10.18273/revuin.v17n
1-2018013.
[6] Universidad de las Fuerzas Armadas [@Universidad
de las Fuerzas Armadas ESPE sede Latacunga]. (03
de septiembre del 2021). II Congreso de ciencia y
tecnología ESPE 2021 con enfoque en ingeniería
automotriz y mecatrónica.
[7] Aimacaña., & Masapanta Universidad de las Fuerzas
Armadas–ESPE Departamento de Energía y
Mecánica tema:“ Implementación de un sistema de
generación de hidrógeno de celda seca en el motor de
combustión interna 1800 cc opel.