Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

Hydrogen Engine Final ASSEY

Internal Combustion Engine with H2 fuel
by

Diego Ballón

on 3 December 2012

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Hydrogen Engine Final ASSEY

Al observar la producción de CO se nota un efecto contrario al HC, esto es porque el carbón liberado del hidrocarburo no combustionado busca combinarse con el oxígeno, formándose el Monóxido de carbono.

 
El motor funcionando con gasolina en mezcla pobre λ = 1,147 en bajas RPM e ingresando hidrógeno en el modo Dual, se logra un aumento de140 RPM y un ahorro de combustible del 10%, con λ = 1,027 en altas RPM se logra un aumento de 300 RPM y un ahorro de combustible de 4,5%. Con λ = 1,019 en bajas revoluciones y λ = 1,014 en altas RPM se obtiene un ahorro de 7,1% y 4,43% y un aumento de 70 y 340 RPM respectivamente.

Además con Lλ = 0,862 en bajas revoluciones y λL = 0,88 en altas RPM se obtiene un ahorro de 3,3% y 2,2% y un aumento de 34 y 205 RPM respectivamente. Al observar graficas de barras comparativas de las mediciones de gases de escape se logra una disminución de gases contaminantes utilizando una mezcla pobre cuando el motor funciona con gasolina e ingresando hidrógeno, no así al utilizar una mezcla ideal y rica. La diferencia de presión a la salida del regulador de hidrógeno en las pruebas experimentales se realizaron con 8, 10, 12 y 15 PSI a 1500 RPM, con tiempos de funcionamiento del motor comprendidos de 10, 8, 5 y 3 minutos respectivamente, sin embargo se elige trabajar con 8 PSI a 3 voltios de la PSV-5 (40 mg/s) ya que es el mínimo flujo de hidrógeno necesario para estabilizar el motor. Resultados CAPITULO 3
Son cilindros sin costura destinados a contener gases permanentes, licuados o disueltos, cuya presión de trabajo sea igual o mayor que 62 Bares a temperatura ambiente. Para estos depósitos los elementos necesarios de seguridad que deben tener para su empleo según AGA son:

Válvula reguladora de presión, Válvula anti retorno, Válvula de purga, Manómetros, Solenoides de corte de flujo, Alarma acústica, Regulador de presión en puesto de trabajo, Extintor ABC. Se debe considerar la fragilización por hidrógeno ya que puede causar un significativo deterioro en las propiedades mecánicas de los metales, influyendo en las variables como temperatura, presión del ambiente, concentración y tiempo de exposición del hidrógeno, estado de tensiones, propiedades físicas, mecánicas, etc.

El uso de hidrógeno de acuerdo con la Norma Argentina IRAM-ISO TR 15916, debe ser aplicada “Consideraciones básicas para la seguridad en sistemas de hidrógeno”, 2007. DEPÓSITO DE ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO CAPITULO 2 RESULTADOS DEL CÁLCULO DEL CICLO OTTO CON GASOLINA, HIDRÓGENO Y DUAL (GASOLINA + HIDRÓGENO). 7.- El punto 1-2 del ciclo Otto trabajando con hidrógeno, ingresa una mezcla de gases ideales, es decir, aire + hidrógeno.

8.- El punto 1-2 del ciclo Otto trabajando con una mezcla de Gasolina + Hidrógeno, ingresa una mezcla de gases ideales, es decir, Aire + Hidrógeno y que la gasolina se inyecta en el punto 2-3.

9.- La combustión en el ciclo Otto es ideal, es decir que no se forma CO, NOx, y HC en los productos de la ecuación estequiométrica para el caso de la Gasolina, Dual, y NOx para la combustión del Hidrógeno.

10.- En el punto 3-4 para cualquier combustible utilizado, se toma en cuenta los calores específicos de los productos de la combustión. CAPITULO 1 CENGEL Yunus A., BOLES Michael A., Termodinámica, 6ta edición, Mac
Graw Hill, México, 2009.
 
GTZ., Matemática aplicada para la técnica del automóvil, 8ava edición,
Reverté, Barcelona, 1986.
 
BOSH, Manual de la técnica del automóvil, 3era edición, Reverté, 1996.
 
SHIGLEY Joseph Edward, MISCHKE Charles R., Diseño en Ingeniería
Mecánica, 5ta edición, Mac Graw Hill, México, 1990.
 
CRANE, Flujo de fluidos en válvulas, accesorios y tuberías, 15ava edición, Mac
Graw Hill, México, 1977.
 
Norma IRAM-ISO TR 15916, Consideraciones básicas para la seguridad en sistemas de hidrógeno, 2007.
 
http://www.scribd.com/doc/7162267/Cap-09-Flujo-de-Fluidos-Compresibles

http://www.1.ceit.es/asignaturas/Fluidos1/WEBMF/MecanicadefluidosI/faqmfi/FAQ71.html
 
http://www.unioviedo.es/Areas/Mecanica.Fluidos/docencia/_asignaturas/mecanica_de_fluidos/08_09/II.4.%20FLUJO%20COMPRESIBLE%200809.pdf
 
http://tupropiomarcador.foroespana.com/manuales-de-mecanica-f10/elecciondel-carburador-t199.htm 

http://www.monografias.com/trabajos57/simbologia-neumatica2.shtm. Bibliografía  Al comparar el Lambda en la combustión con gasolina y modo Dual, se observa que se mejora el valor lambda desde 2,1 % (0,2 voltios en la válvula reguladora) hasta 7,2% (1 voltio). No se tiene un valor de Lambda en una combustión de hidrógeno en el motor, debido a que los analizadores utilizados son para medir gases de combustión de hidrocarburos.

Al introducir hidrógeno al motor, la producción de HC se va reduciendo hasta llegar al 70%, sin embargo con 0,2 voltios de la PSV-5 los HC se reducen en 47%, esto indica una mejora en la combustión de la Gasolina. Al comparar el CO2 este aumenta hasta un máximo de 4% esto corrobora que hay una mayor eficiencia de quemado de la Gasolina.

Al observar los valores de Lambda en los resultados de análisis de gases en el modo dual y el consumo de aire del motor, se puede calcular el porcentaje de ahorro de combustible como se muestra en la siguiente tabla. La medición de gases se lo realizó con el analizador automotriz AVL DiGas 4000 y con el analizador Green Line 4000 a 1500 RPM mientras el motor funciona con hidrógeno, gasolina y Dual variando el voltaje de la válvula reguladora de hidrógeno de 0,2 a 1 voltio.

Comparando los gases de escape medidos mientras el motor funciona con hidrógeno y Gasolina, se reduce un promedio de 92% los gases contaminantes (CO, CO2, HC, NO, NOx y SO2) y se observó en el tubo de escape vapor de agua como se observa en la siguiente figura: Gases de Escape En la siguiente tabla se muestran el flujo de aire según las RPM en el motor, el flujo de aire real,el caudal de hidrógeno necesario para realizar la combustión según la relación de Aire-Combustible de hidrógeno al 100% aire teórico. Las válvulas, accesorios, equipos y dispositivos descritos anteriormente se adaptan y se instalaron en un motor Nissan A14 Para realizar la prueba de estanqueidad (fugas) se introduce el cilindro con Hidrógeno a la presión máxima de trabajo (100 PSI) en un recipiente transparente en el cual se llena de agua y se verifica que no existan fugas de Hidrógeno por el acople, válvula y en el cilindro mismo. Para el almacenamiento de hidrógeno se utiliza dos cilindros domésticos para GLP conectados en paralelo para aumentar el tiempo de funcionamiento del motor, colocados en posición horizontal sobre una estructura.

La adaptación de la válvula en el cilindro de Hidrógeno de baja presión, consiste en retirar la válvula de retención de GLP del cilindro para luego instalar una reducción de 3/4 a 1/4 de rosca NPT.

Se coloca un neplo de 1/4 de pulgada en la reducción y se instala una válvula de bola de la misma medida, que permite el control manual de paso del flujo de Hidrógeno más acoples para cañería de cobre de 5/16 de pulgada. ADAPTACIÓN DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO,
ALIMENTACIÓN Y CONTROL PARA LA DISTRIBUCIÓN DEL
HIDRÓGENO EN EL MOTOR NISSAN A14. ADAPTACIÓN DEL DEPÓSITO DE HIDRÓGENO. Para el almacenamiento de hidrógeno se eligió el cilindro de GLP de uso doméstico de 15 Kg fabricado por Fibro Acero, porqué cumplen los requerimientos para su uso, con la precaución de que se debe revisar fugas periódicamente en él. El diámetro interior de la tubería de cobre para la distribución del hidrógeno se elige según la tabla 2.13 de 1/4 de pulgada.

Con este diámetro se garantiza un flujo de hidrógeno de 5,6 veces mayor al requerido según el vacio en el motor necesario para la combustión al 100% de aire teórico ideal. El diseño se debe realizar en condiciones ideales de trabajo debido a que no se cuenta con datos experimentales para la distribución de hidrógeno en un motor de combustión interna.

Para la elección del diámetro de la garganta del venturi es importante tomar en cuenta la presión crítica, la cual debe ser mayor a la presión absoluta del motor. Además se debe considerar que la caída de presión a lo largo del venturi no sea súbita. ANÁLISIS DE LOS CÁLCULOS Esquema neumático del sistema de alimentación 1.- La presión máxima de trabajo que se utilizará en el sistema de almacenamiento de hidrógeno Gas es de 6,8 BAR (100 PSI) dado por el electrolizador.

2.- La temperatura máxima de trabajo del depósito de hidrógeno 20 ºC.

3.- El depósito no está sometido a vibración, ni expuesto a altas temperaturas.

4.- El hidrógeno se comporta como un gas ideal dentro del depósito.

5.- El flujo másico de hidrógeno esta determinado al 100% de aire teórico y a 3000 RPM del motor.

6.- El tiempo de funcionamiento del motor se estima de 30 min, a una temperatura ambiente de 15 - 20 ºC en Arequipa. Condiciones de trabajo para el almacenamiento de hidrogeno Al aumentar el porcentaje de Hidrógeno en el ciclo Dual, este generará mayor temperatura y presión, cualquier aumento del porcentaje de Hidrógeno genera una mayor temperatura en la cámara de combustión que necesariamente debe ser evacuada.

El exceso de aire teórico es necesario para bajar la temperatura generado con la combustión del Hidrógeno ya que se debe refrigerar la cámara de combustión, y una de las formas es aumentar el porcentaje de aire teórico.

Al analizar la gráfica P-V el Hidrógeno a 2500 msnm presenta similares presiones que la gasolina a 0 msnm ambos al 100% del aire teórico.

Al observar los resultados de las tablas de presión y temperatura en el punto 3, el motor funcionando con Hidrógeno produce 486 grados de temperatura y 1512 KPa, más que al funcionar solo con gasolina, perjudicando la vida útil del motor.

El ciclo funcionando con Hidrógeno sobrepasa el punto 3 al considerar 100% de aire teórico, por esto se debe trabajar con Hidrógeno al 165% de aire teórico, para igualar la presión y temperatura funcionando solo con gasolina. análisis Resultados del cálculo del ciclo Otto con Dual en 2500 msnm Resultados del cálculo del ciclo Otto con Dual en 0 msnm Resultados del cálculo del ciclo Otto con Hidrogeno en 2500 msnm Resultados del cálculo del ciclo Otto con Hidrogeno en 0 msnm Resultados del cálculo del ciclo Otto con Gasolina en 2500 msnm Resultados del cálculo del ciclo Otto con Gasolina en 0 msnm Datos para el cálculo del ciclo termodinámico Otto Nissan A 14 METODOLOGÍA DEL CÁLCULO TERMODINÁMICO DEL CICLO
OTTO A GASOLINA, HIDRÓGENO Y SISTEMA DUAL
(GASOLINA + HIDRÓGENO). Se verifica el funcionamiento, la toma y sincronización de datos de los sistemas instalados. Además se verifica el comportamiento de las revoluciones, el consumo de aire y la apertura de la válvula reguladora de hidrogeno variando el voltaje para que ingrese hidrogeno al motor en función del tiempo, indicadas a continuación. Los resultados de la experimentación del motor se muestran en la gráfica de MAF, RPM y voltaje de la válvula reguladora PSV-5 de hidrógeno con una presión de operación de 8 PSI a la salida del regulador de presión, las cuales se detallan a continuación: Pruebas experimentales en el motor Nissan A14 con hidrógeno. La prueba consiste en recolectar los datos de descarga con variaciones de presión constantes del depósito de hidrógeno en el tiempo y calcular la masa consumida, variando el voltaje del regulador de hidrógeno desde 0 a 5 voltios cada 0,5V y cada 10 PSI del depósito, y con una variación a la salida del regulador de presión de 8, 10, 12 y 15 PSI. Prueba de funcionamiento del regulador de caudal de hidrógeno. El flujo de hidrógeno se regulara en función de la masa de aire aspirado en el colector de admisión, tomando como aviso las presiones en la línea de distribución, la temperatura del depósito, la línea de distribución y del colector de admisión. Para el sistema control se empleará el software LabView. CONSIDERACIONES PARA EL SISTEMA DE CONTROL EN LA
DISTRIBUCIÓN DEL GAS HIDRÓGENO En las siguientes tablas se muestran los resultados de los cálculos para los diferentes puntos del venturi considerando el flujo en función del vacío motor al 100% de aire teórico y 3000 RPM. 2.- Mezclador Aire-Hidrógeno (Venturi) Características de los depósitos para Hidrógeno Barras comparativas de la Temperatura, Presión en el punto
3 y eficiencia térmica del ciclo Otto con gasolina e hidrogeno a 0 y 2500 msnm. La eficiencia del ciclo Otto se ve afectada por la relación de calores específicos, ya que se considera un valor de Cv/Cp = k = 1,4, realmente la relación de calores específicos varia al considerar la mezcla de gases y la temperatura, especialmente cuando la mezcla aire combustible reacciona convirtiéndose en gases de escape (CO2, CO, NOx, N2, O2, HC, H2O); en cambio, en la combustión del hidrógeno, se generan gases (H2O, O2, N2, NOx), esto hace que el rendimiento del ciclo disminuya. La eficiencia térmica del ciclo Otto (nt) es la relación entre el trabajo neto (Wneto), (diferencia del calor de entrada y salida) y el calor de entrada. Diagrama P-v ideal del ciclo termodinamico Otto ANÁLISIS COMPARATIVO DEL CICLO TERMODINÁMICO DEL
MOTOR CON COMBUSTIBLE A GASOLINA E HIDRÓGENO. En las siguientes gráficas se muestra el comportamiento de las RPM, MAF y voltaje de la válvula reguladora de caudal con el motor en modo dual manteniendo la posición de la aleta de aceleración constante y variable. Prueba del funcionamiento del motor Nissan A14 en el modo Dual. En esta prueba se busca un punto de equilibrio para las revoluciones variando el flujo de aire y la válvula reguladora para el paso de gasolina a hidrógeno en función del tiempo. Para la adaptación del sistema de mezcla del Aire-Hidrógeno al motor se utilizó un filtro de aire, el medidor del flujo de aire (MAF), un mezclador aire-hidrógeno (venturi). Adaptación del Motor a hidrogeno Especificaciones del regulador de presión Type 51SSR ADAPTACIÓN DE LA LINEA DE ALIMENTACIÓN DE HIDRÓGENO AL MOTOR. En las siguientes tablas se muestran las perdidas en cada accesorio y el factor de fricción de acuerdo a lo calculado con el anexo 4 y 5 y el gasto másico ideal de hidrógeno que pasaría por la cañería de 1/8 y 1/4. Resultados del cálculo del sistema de alimentación para el gas Hidrógeno Motores de Combustión Interna
Ballón Roncalla Diego José
Cuentas Vilca Jimmy Alberto
Delgado Díaz Alexander Yelsin Hidrógeno la Verdadera Energía Del Motor En las siguientes graficas de barras se indican las comparaciones del comportamiento de los gases de combustión medidos al variar la relación de lambda en altas RPM (1800- 2000). En las siguientes gráficas se indican las comparaciones de los gases de combustión medidos al variar la relación de lambda en bajas RPM (Ralentí 800-1000). Graficas de barras comparativas de los gases de escape del motor Nissan
A14 funcionando con gasolina y dual en ralentí y altas revoluciones. La prueba del consumo de masa de aire consiste en tomar datos del MAF con respecto a las RPM del motor mediante el programa LabView 2009 y para graficar los datos y hallar la ecuación del MAF se utiliza el programa Find Graph, a continuación se muestra el resultado de la curva del MAF. Prueba del consumo de masa aire del motor (MAF). Las pruebas se realizaron en un motor estacionario marca Nissan modelo A14 sin la aplicación de carga, a 2500 msnm. PRUEBAS DEL SISTEMA DE ALIMENTACIÓN CON HIDRÓGENO Para visualizar mejor los resultados: Integrantes:

1.- El ciclo termodinámico Otto es ideal.

2.- Para los datos de ingreso del ciclo le corresponden la del ambiente en la costa a 0 msnm y en la ciudad de Arequipa a 2500 msnm aprox.

3.- Calores específicos variables para los reactivos y productos que intervienen en la ecuación estequiométrica.

4.- Una Eficiencia volumétrica del motor del 85%

6.- El punto 1-2 del ciclo Otto trabajando con gasolina, ingresa solo Aire y la gasolina se inyecta en el punto 2-3. Consideraciones Eficiencia Termica Presión Punto 3 Curvas ciclo Otto 1.- Tubería y accesorios de cobre para la alimentación: 12 Psi 15 Psi 8 PSi 10 PSi Prueba experimental 1 Gráficas Prueba experimental 2. Graficas Graficas
Full transcript