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Energía Mecánica Innovación y Futuro, IV Edición 2015, No.9 (13)
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Artículo Cientíco / Scientic Paper)
ENERGÍA Y MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 4 Vol. 1 / 2015 (13) ISSN 1390 - 7395 (9/13)
RESUMEN
La investigación tiene como propósito el diseño,
construcción, implementación y pruebas de un
sistema de generación a bordo de gas HHO también
conocido como gas Brown en un motor de cuatro
tiempos marca Kawasaki modelo ZX 750F de un
vehículo monoplaza.
El gas HHO que se produce a demanda se suministra
de forma directa al sistema de alimentación del
motor, el cual se combina con la mezcla aire
combustible obteniéndose como resultado un
carburante complementario a la gasolina. Se
desarrolla un sistema eciente que, sin realizar
modicaciones, busca mejorar las condiciones de
funcionamiento del motor de combustión.
El gas combustible se obtiene mediante electrólisis
del agua químicamente pura y un electrolito el cual
permite separarla en sus elementos constitutivos,
hidrógeno y oxígeno, en forma gaseosa.
Instalado el sistema se determina los efectos
SISTEMA DE GENERACIÓN DE HIDRÓGENO PARA LA ALIMENTACIÓN VEHICULAR
DUAL GASOLINA - HHO EN MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA
HYDROGEN GENERATING SYSTEM FOR VEHICULAR POWER DUAL FUEL - HHO
IGNITION ENGINES
1Germán Erazo Laverde, 2Diego Juma Jar, 3Wladimir Martínez Anangonó, 4Juan Castro Clavijo
1-4 Universidad de Fuerzas Armadas ESPE , Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica Quijano y Ordoñez y Marqués de Maénza s/n
E-mail: 1wgerazo@espe.edu.ec, 2daljuma@yahoo.com, 3wlamaran01@hotmail.com, 4jtcastro@espe.edu.ec
del gas HHO, mediante el análisis de las curvas
características como: potencia, torque, autonomía
(consumo de combustible) y emisión de gases
contaminantes para determinar la factibilidad
técnica del uso del hidrógeno como combustible
alternativo.
Palabras Clave: Gas HHO, electrólisis, hidrógeno,
combustible alternativo
ABSTRACT
The research aims to design, construction,
implementation and testing of a system for
generating HHO gas aboard also known as Brown
gas into a four-stroke engine Kawasaki ZX 750F
brand of car vehicle type.
The HHO gas produced on demand is supplied
directly to the motor supply system, which is
combined with the fuel air mixture to obtain as
a result a complementary fuel to gasoline. An
efcient system, without modication, seeks to
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improve the operating conditions of the combustion
engine is developed.
The fuel gas is produced by electrolysis of
chemically pure water and an electrolyte which
allows separate it into its components, hydrogen
and oxygen, in gaseous form.
Installed the system effects HHO gas is determined
by analyzing the characteristic curves as: power,
torque, autonomy (fuel) and greenhouse gas
emissions to determine the technical feasibility of
using hydrogen as an alternative fuel.
Keywords: HHO gas, electrolysis, hydrogen,
alternative fuel.
1. INTRODUCCIÓN
La marcada dependencia hacia los combustibles
fósiles en los últimos años (carbón, petróleo y
gas natural) plantea un difícil inconveniente ya
que éstos no representan un recurso innito, con
el tiempo, el planeta se quedará sin combustibles
fósiles o el costo por obtenerlos será demasiado
elevado.
Adicionalmente, los combustibles fósiles hacen que
la contaminación del aire, agua y suelo provoque
gases de efecto invernadero que contribuyen al
calentamiento global, estos factores negativos
traen consigo efectos negativos en la salud de los
seres vivos.
El desarrollo de las principales ciudades en el
Ecuador en los últimos años ha sido muy notable,
así como también el crecimiento del parque
automotor y el uso excesivo del petróleo como
fuente principal de combustible para los vehículos
con motores gasolina y diesel.
En los últimos años se ha visto la necesidad de
desarrollar mecanismos efectivos y ecientes que
permitan optimizar los principales parámetros
de los motores de combustión interna: potencia,
torque y consumo de combustible.
Esto ha incentivado a impulsar el desarrollo
y ejecución de este proyecto vinculado con la
energía alternativa por medio de la utilización de
combustibles amigables con el medio ambiente.
Con la ejecución de esta idea se espera obtener
benecios a corto y largo plazo, mediante
la instalación de un generador de gas HHO,
intentando obtener un mayor recorrido del
vehículo con menor cantidad de gasolina, además
de disminuir el alto grado de contaminación que
producen los vehículos, con el n de aminorar el
índice de enfermedades causadas por la polución.
La principal ventaja de usar gas HHO como fuente
de energía en el proceso de combustión es que
no genera emisiones contaminantes debido a que
como resultado de la combustión se genera vapor
de agua, disminuyendo de esta manera el impacto
al medio ambiente producido por motores y el
funcionamiento de sus sistemas de alimentación.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1. Uso del hidrógeno en automoción
El hidrógeno se puede emplear en automoción
de dos formas distintas. Como combustible de un
motor de combustión interna alternativo (M.C.I.).
En este caso su rendimiento máximo sobre el
poder caloríco inferior (P.C.I.) es del 27%
aproximadamente (rendimiento medido como
el cociente entre la energía mecánica a la salida
del eje del motor y la energía entregada por el
combustible). También se puede emplear como
combustible de una pila de combustible. En este
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caso el rendimiento está en torno al 60% sobre el
P.C.I. (rendimiento medido como el cociente entre
la energía entregada por el eje del motor eléctrico
y la energía entregada por el combustible de la
pila) [1].
2.2. Gas Brown
Figura 1..Antorcha de soldadura con gas Brown
El gas HHO es conocido también como gas
Brown, en honor a Yull Brown, a quien se le
acredita la patente de producción del gas HHO
en el año 1974.Yull desarrolló un método para
electrolizar el agua en una mezcla estequiométrica
exacta obteniendo como resultado una sustancia
utilizada en procesos de soldadura, la cual es
altamente inamable pero no es combustible,
cuando se utiliza correctamente. En los últimos
años se han desarrollado dispositivos que bajo este
principio generan el gas Brown a demanda, siendo
utilizado como combustible complementario a la
gasolina, mejorando su rendimiento y reduciendo
además el nivel de emisiones. De esta manera se
puede electrolizar pequeñas cantidades de agua
en un sistema a bordo del vehículo y convertirla
en gas HHO, el cual se envía de forma directa al
sistema de admisión del motor ayudando a que la
combustión sea más completa y limpia. [2]
2.3. Tipo de celdas electrolizadoras
Existen dos tipos de celdas electrolizadoras que se
utilizan en el campo automotriz. Ambos diseños se
fabrican en acero inoxidable.
Celdas secas
Son celdas más fáciles de manejar y diseñar.
Las celdas secas o conocidas como dry cells se
caracterizan porque, a diferencia de las celdas
húmedas, no se encuentran sumergidas en agua,
es decir, la misma celda es el contenedor. Los
electrodos de este tipo de celdas están separadas
por juntas (generalmente de caucho) las cuales
evitan que el agua se escape de la celda hacia las
conexiones eléctricas, o que el electrolito se ponga
en contacto con los bordes de dichas placas [4][5].
Celdas húmedas
También llamadas sumergibles, se caracterizan
porque los electrodos van sumergidos en la
solución de electrolito dentro de un contenedor. Es
un diseño poco eciente ya que trae consigo varios
inconvenientes de funcionamiento. El oxígeno
producido en el proceso empieza a reaccionar
con la supercie metálica del ánodo provocando
oxidación, erosionándola. Otro inconveniente
radica en que no se puede disipar el calor producido
por la electrólisis, produciéndose vapor de agua
que se mezcla con el gas HHO [6][7].
Figura 2. Representación de la celda húmeda y celda seca
2.4. Diseño y construcción
Se procede a diseñar y construir el sistema de
generación de gas HHO para vehículos, con las
las siguientes características:
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Pa= Peso atómico (g)
V= Valencia (mol)
.3
Q
I Ec
t
=
Donde:
I= Intensidad (A)
Q= Carga eléctrica (Coulomb)
t= Tiempo (s)
. . . .4PV n R T Ec=
Donde:
P= Presión (atm)
V= Volumen (l)
n= Numero de moles (mol)
R= constante universal de los gases 0,082 (atm×l)/
(mol×°K)
T= Temperatura (ºK)
La tabla 2 muestra el ujo total de HHO producido
por el generador, luego de calcular los volúmenes
de sus gases componentes, es decir, oxígeno e
hidrógeno
Tabla 2. Volúmenes obtenidos
Volumen de hidrógeno en
cada celda V_H=9,1 ×10-8 m3
Volumen total de hidrógeno V_totalH=5,46 ×10-7 m3
Volumen de oxígeno en cada
celda
V_totalO=2,73×10-7 m3
Volumen total de oxígeno V_O=4,55 ×10-8 m3
Volumen de HHO producido V_HHO=8×10-7 m3
Se eligió un mayor número de placas negativas
debido que en la reacción de la electrólisis el
oxígeno se genera en las placas positivas y el
hidrógeno en las placas negativas, Estas placas
están situadas a los extremos del generador antes
de las placas tope, de esta manera el gas producido
sale con facilidad.
El generador consta de las siguientes partes:
En la tabla 1 se presentan las especicaciones
de cada uno de los elementos constitutivos del
generador diseñado.
Tabla 1. Ficha técnica del generador de gas HHO
ESPECIFICACIONES DEL GENERADOR DE GAS
HHO
Número de placas 20
Número de placas negativas 4
Número de placas positivas 3
Número de placas neutras 13
Número de separadores 22
Cámaras generadoras 6
Toma de abastecimiento 1
Toma de salida de gas al
burbujeador 2
Voltaje 12 V DC
Consumo eléctrico 12 A
Caudal 1,33×10-8 m3⁄s
Capacidad de agua 6,132×10-8m3
Para realizar el cálculo de producción de gas
HHO, se calcula la cantidad de gas que genera en
1 minuto (60s), con una intensidad de 12 A y en
condiciones de presión y temperatura normales,
es decir a 1 atm y 25ºC (298ºK) respectivamente
para lo cual es necesario utilizar las siguientes
ecuaciones:
.. .1
EIt
m Ec
F
=
Donde:
m= Masa de la sustancia alterada (g)
E= Peso equivalente (g/mol)
I= Intensidad de corriente (A)
t= Tiempo (s)
F= Constante de Faraday= 96500 C/mol
.2
Pa
E Ec
V
=
Donde [7][8]:
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• 13 placas neutras.
• 4 placas negativas.
• 3 placas positivas.
• 2 placas para topes.
Se ajustan los pernos gura 3 existentes en
el generador de gas HHO para mantener su
hermeticidad.
Figura 3. Generador de gas HHO
El depósito está diseñado para albergar 2×10-3 m 3
(2 litros) de agua destilada con electrolito (KOH)
y los 5×10-4 m3 (0,5 litros) donde se aloja el gas
HHO para luego ingresar a la admisión del motor
de combustión interna.
El burbujeador es un dispositivo de seguridad
que funciona como válvula unidireccional. En
lo referente a su estructura, básicamente es un
recipiente parcialmente lleno de agua, en este caso
el nivel del depósito no debe ser menor a ¼ de la
capacidad total del mismo.
Tabla 3.
Ficha técnica del depósito y burbujeador
ESPECIFICACIONES DEL DEPÓSITO Y BURBUJEADOR
Capacidad 2×10-3 m3
Altura 0,27 m
Diámetro 0,11 m
Toma del burbujeador 2
Toma de abastecimiento al
generador 1
Toma de salida de gas a la
admisión 1
Tapa de suministro al deposi-
to 1
El depósito y el burbujeador gura 4 son construidos
en un solo conjunto con todos los componentes
establecidos previamente en el diseño
Figura 4. Depósito y burbujeador
El circuito eléctrico gura 5 consta de varios
elementos para comprobar el buen funcionamiento
del generador
Figura 5. Esquema eléctrico
Con los materiales se instaló los componentes del
módulo de control gura 6.
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Figura 6. Módulo de control
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Para vericar los efectos producidos por el sistema
de generación de gas HHO diseñado, se procedió
a realizar el análisis de cada uno de los parámetros
característicos del motor de combustión interna
del vehículo monoplaza (torque, potencia,
consumo de combustible y emisión de gases).
Dicho análisis se realiza en primera instancia con
el motor del vehículo en condiciones normales
de funcionamiento gura 7, es decir, con el
sistema de alimentación convencional del motor.
Posteriormente, el análisis se ejecuta en el sistema
dual gasolina – HHO gura 8. Finalmente se
compara los parámetros analizados en ambas
condiciones mediante la tabulación de los datos
obtenidos [9].
Potencia y Torque
Figura 7. Curvas de torque y potencia con el sistema convencional de gasolina
La potencia máxima a 4000 rpm utilizando el
sistema convencional de alimentación de gasolina
es de 31,7 CV y utilizando el sistema dual se
observa una potencia máxima de 36,5 CV a 4800
rpm.
Figura 8. Curvas de torque y potencia con el sistema dual gasolina – HHO
implementado
Las pruebas de consumo de combustible gura
9 se ejecutaron mediante una ruta previamente
establecida de 35 kilómetros, empezando la
prueba en el sector de Machachi, provincia de
Pichincha y concluyendo la misma en Lasso,
ubicado en la provincia de Cotopaxi. Las seis
pruebas de autonomía se desarrollaron con el
depósito de combustible lleno a toda su capacidad
de almacenamiento, es decir 5 galones equivalente
a 18,297 litros de gasolina.
Figura 9. Análisis de consumo de combustible con ambos sistemas
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Al obtener un promedio de las tres pruebas
realizadas gura 9 con el sistema de alimentación
convencional y con el sistema dual gasolina –
HHO se obtuvieron valores de 0,093 y 0,088 litros
por cada kilómetro recorrido respectivamente.
Con ello se obtuvo una variación de 7,53%, que
representa el ahorro de combustible obtenido
utilizando al hidrógeno como complemento de la
gasolina.
Emisiones de gases contaminantes
En la tabla 4 se muestran los resultados obtenidos
al realizar la prueba de emisiones. Se analiza el
aumento o disminución de cada uno de los gases
producidos en el proceso de combustión del motor.
Tabla 4. Resultados obtenidos prueba de gases (ralentí)
Gas
Sistema
convencional
gasolina
Sistema dual
gasolina -
HHO
Porcentaje de
Variación
CO (%) 0,39 0,31 20,51% (dismi-
nución)
HC (ppm) 275 143 48,00% (dismi-
nución)
CO2 (%) 14,5 13,7 5,52% (dismi-
nución)
O2 (%) 3,89 3,93 1,02% (aumen-
to)
Lambda 1,154 1,175 1,79% (aumen-
to)
Las emisiones de CO, en las pruebas realizadas
son de 0,39% con el sistema convencional y de
0,31% gura 10 con el sistema implementado,
produciéndose una variación de 20,51%. El
porcentaje de CO es mayor utilizando gasolina
como combustible, lo cual indica que existe una
combustión incompleta.
Las emisiones de CO, en las pruebas realizadas
son de 0,39% con el sistema convencional y de
0,31% gura 10 con el sistema implementado,
produciéndose una variación de 20,51%. El
porcentaje de CO es mayor utilizando gasolina
como combustible, lo cual indica que existe una
combustión incompleta.
Figura 10..Emisiones de CO
En cuanto se refiere a los hidrocarburos no combustionados,
existe una considerable disminución en partículas por
millón figura 11. El sistema convencional general 275 ppm
de HC, a diferencia del sistema dual que produce 143 ppm
de HC, obteniéndose una disminución del 48%.
Figura 11. Emisiones de HC
En el caso del CO2, gura 12 existe una ligera
variación entre los sistemas de alimentación. Con
sistema convencional el valor es de 14,5% mientras
que con el sistema con gas HHO el valor es de 13,7%,
con una variación de 5,52%. Mientras más alto
sea el porcentaje de CO2 mejor será el proceso de
combustión.
Figura 12. Emisiones de CO2
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El contenido de O2 gura 13 con gasolina es de
3,89% y con gas HHO es de 3,93%, produciéndose
una leve variación de apenas 1,02%, lo cual
demuestra que la lectura con ambos sistemas es de
una mezcla pobre.
Figura 13. Emisiones de O2
CONCLUSIONES
Se instaló de manera favorable el sistema dual
(HHO/gasolina) en el vehículo monoplaza,
obteniéndose como resultados nales que la
potencia máxima aumentó en un porcentaje de
15,14%.
El torque máximo tuvo una reducción de 4,91%.
La prueba de autonomía, el sistema dual gasolina
HHO permitió obtener un ahorro de combustible
de 7,53%.
El sistema de alimentación dual diseñado e
instalado permite que se realice una combustión
más completa en relación al sistema convencional
de gasolina, lo cual se reeja en la disminución en
porcentaje de emisiones de C, HC y una relativa
igualdad en la emisión de CO2.
REFERENCIAS
[1] Atkins, P. (2006). Principios de química
los principios del descubrimiento. Madrid:
Editorial Médica Panamericana S.A.
[2] BOSCH. (2003). Técnica de los gases de escape
para motores de gasolina.BOSCH.
[3] Crouse, W., & Anglin, D. (1992). Mecánica de
la motocicleta. Barcelona: MARCOMBO.
[4] Fowler, R. (1994). Electricidad: principios y
aplicaciones. Barcelona: Reverté S.A.
[5] Gayoso, M. (1991). Resolución de problemas
de química general. Barcelona: Reverté S.A.
[6]Gutiérrez, L. (2005). El hidrógeno, combustible
del futuro. Obtenido de Real Academia de
Ciencias Exactas, Físicas y Naturales: México:
Editorial Prentice Hall.
[7] Llorca, J. (2010). El hidrógeno y nuestro futuro
energético. Barcelona: UPC.
[8] Sullivan, M. (2006). Álgebra y Trigonometría.
Prentice Hall.
[9] Zaki, A. (2012). UMP Institutional Repository.
Obtenido de DEVELOPMENT HYDROGEN
GAS GENERATOR FOR DUAL FUEL
ENGINE USING YULL BROWN METHOD:
http://umpir.ump.edu.my/2980/1/CD6124.pdf
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BIOGRAFÍA
Germán Erazo, nació en
la ciudad de Latacunga,
Ecuador. Es Ingeniero
Automotriz e Industrial ,
Estudios de Posgrado en
Autotrónica, Gestión de
Energías y Administración de
Empresas. Docente Tiempo
completo en la Universidad
de las Fuerzas Armadas ESPE Latacunga.
Juma Yar Diego Alonso,
nació en la ciudad de Ibarra,
Ecuador. Es Ingeniero
Automotriz, profesional
independiente asesor en
sistemas mecánicos y
electrónicos del automóvil
Martínez Anangonó
Holguer Wladimir, nació
en la ciudad de Quito,
Ecuador. Es Ingeniero
Automotriz, profesional
independiente asesor en
sistemas mecánicos y
electrónicos del automóvil.
Juan Castro, nació en
la ciudad de Ambato,
Ecuador. Es Ingeniero
Mecánico , Estudios de
Posgrado en Docencia
y Gestión de Energías.
Docente Tiempo completo
en la Universidad de las
Fuerzas Armadas ESPE Latacunga.
Registro de publicación:
Fecha de recepción 10 de septiembre 2015
Fecha aceptación 28 noviembre 2015
Erazo G., Juma D., Martínez W., Castro J. /
SISTEMA DE GENERACIÓN DE HIDRÓGENO PARA LA ALIMENTACIÓN VEHICULAR DUAL GASOLINA - HHO EN MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA
