proyecto de tesis
TRANSCRIPT
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA-ENERGÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA EN ENERGÍA
PROYECTO DE TESIS
“DISEÑO DE UN SISTEMA PARA LA OBTENCIÓN DE
HIDROGENO PARA DISMINUIR EL CONSUMO DE
COMBUSTIBLE Y LA EMISION DE GASES
CONTAMINANTES EN UN MOTOR DE COMBUSTIÓN
INTERNA”
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO EN ENERGÍA
ANGEL JONATHAN YACILA ALVARADO
Callao, Noviembre 2015
PERÚ
“DISEÑO DE UN SISTEMA PARA LA OBTENCIÓN DE
HIDROGENO PARA DISMINUIR EL CONSUMO DE
COMBUSTIBLE Y LA EMISION DE GASES
CONTAMINANTES EN UN MOTOR DE COMBUSTIÓN
INTERNA”
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN................................................................................................61 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA...........................................................7
1.1 DETERMINACIÓN DEL PROBLEMA....................................................7
1.2 Formulación del problema......................................................................8
1.2.1 Problema general............................................................................8
1.2.2 Problema especifico........................................................................8
1.3 Objetivos de la investigación..................................................................8
1.3.1 Objetivo general...............................................................................8
1.3.2 Objetivos específicos.......................................................................8
1.4 Justificación............................................................................................8
1.4.1 Aporte tecnológico...........................................................................9
1.4.2 Aporte económico............................................................................9
1.4.3 Importancia......................................................................................9
2 MARCO TEÓRICO.......................................................................................92.1 Antecedentes del estudio.......................................................................9
2.2 Marco conceptual.................................................................................10
2.3 Definiciones..........................................................................................11
3 VARIABLES E HIPÓTESIS........................................................................133.1 Variables de la investigación................................................................13
3.1.1 Variable independiente:.................................................................13
3.1.2 Variable dependiente:....................................................................13
3.2 Operacionalización de las variables.....................................................13
3.3 Hipótesis general e hipótesis específicas............................................13
3.3.1 Hipótesis general...........................................................................13
3.3.2 Hipótesis especificas.....................................................................14
4 METODOLOGÍA.........................................................................................144.1 Tipo de investigación............................................................................14
4.2 Diseño de la investigación....................................................................14
4.3 Población y muestra.............................................................................14
4.4 Técnicas e instrumentos de recolección de datos................................14
4.5 Plan de análisis de estadísticos de datos............................................15
5 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES..........................................................156 PRESUPUESTO.........................................................................................15REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................16ANEXOS...........................................................................................................16
INTRODUCCIÓN
Los motores de combustión interna son máquinas térmicas que convierten la
energía calórica de un combustible en energía mecánica mediante la
combustión, en un cilindro que mueve el pistón produciendo un movimiento
rotativo al cigüeñal.
Actualmente existen millones de vehículos que utilizan un motor de combustión
interna circulando por el mundo y cada uno de ellos es una fuente de
contaminación y consumo. En ciudades grandes la contaminación de estos
vehículos presenta altos índices de gases nocivos para la salud y el medio
ambiente.
En todo el mundo se ha realizado grandes esfuerzos para disminuir la cantidad
de gases contaminantes y consumo de combustible en los automotores, sin
embargo, no ha sido posible eliminar los tres contaminantes principales: CO,
HC, NOx, debido a que la gasolina no se quema en su totalidad y solo se
aprovecha el 40% de su potencial1. Al implementar el sistema propuesto la
mezcla aire-combustible, se lograra quemar casi todo el combustible de las
cámaras, debido a que el hidrogeno tiene un alto poder de detonación, con lo
cual se disminuye el consumo, aumenta la potencia y se reduce la emisión de
gases contaminantes.
El sistema propuesto tiene por objetivo producir gas hidrogeno necesario para
realizar la combustión completa de la mezcla de aire-combustible que entran a
las cámaras, esto se logra por electrolisis del agua al descomponer en los
elementos que lo conforman, obteniéndose dos moléculas de gas hidrogeno y
una de gas oxígeno, produciéndose solo el gas necesario para ser consumido
inmediatamente.
1 Motores Otto. Manual de automóvil reparación y mantenimiento del motor a gasolina, edición 2002. Madrid-España.
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 DETERMINACIÓN DEL PROBLEMA
La humanidad ha logrado maravillas gracias a los combustibles
fósiles no renovables (carbón, petróleo y gas natural), pero con un
costo medioambiental muy alto. También, el uso acelerado de estos,
fundamentalmente por los países desarrollados, que constituyen
alrededor de 30% de la población mundial, ha llevado a la
disminución de los rendimientos de las minas y los pozos más
asequibles. Por otra parte, la demanda crece debido al incremento de
la población mundial y al necesario desarrollo del restante 70% de la
población.
En la última década se ha llevado a cabo un importante esfuerzo
investigador en métodos alternativos para la producción de hidrógeno.
Estas metodologías, no siempre nuevas, tienen como denominador
común un planteamiento en la línea del "Desarrollo sostenible” utilizar
el hidrógeno como fuente energética de bajo impacto en el medio
ambiente (reducción de la concentración atmosférica de C02 en el
mayor grado posible).
Proporcionando un método viable, eficaz y seguro de generación
distribuida de energía facilitará además la adopción de sistemas
alternativos de suministro energético para los métodos de automoción
y utilización del mismo en la industria del trasporte terrestre.
La teoría es sencilla, pero la práctica no lo es tanto. El hidrógeno
como combustible tiene inconvenientes prácticos que han impedido
su utilización como fuente de energía para los automóviles, salvo en
algunos vehículos experimentales. Por ejemplo, su capacidad de
combustión natural hace peligrosas las maniobras de
almacenamiento de hidrogeno en tanques reservorios sin las medidas
de precaución necesarias.
Además, el hidrógeno en estado natural es gas y para poder disponer
de suficiente reserva, para garantizar la misma autonomía que los
coches convencionales, sería imprescindible recurrir al hidrógeno
líquido esto debido a que su distribución a vehículos es más segura y
factible al momento de recargar el tanque de almacenamiento.
1.2 Formulación del problema
1.2.1 Problema general
¿Cómo diseñar un sistema para la obtención de gas
hidrogeno que permita lograr disminuir el consumo de
combustible y la emisión de gases contaminantes en un
motor de combustión interna?
1.2.2 Problema especifico
¿Cómo disminuir el consumo de combustible en un motor
de combustión interna?
¿Cómo disminuir las emisiones de gases contaminantes en
un motor de combustión interna?
1.3 Objetivos de la investigación
1.3.1 Objetivo general
Diseño de un sistema para la obtención de hidrogeno
mediante electrolisis que permita lograr disminuir el
consumo de combustible y la emisión de gases
contaminantes en un motor de combustión interna.
1.3.2 Objetivos específicos
Disminuir el consumo de combustible en un motor de
combustión interna.
Disminuir las emisiones de gases contaminantes en un
motor de combustión interna.
1.4 Justificación
El empleo de motores de combustión interna, ya consolidados,
permite que la energía calórica del hidrógeno pueda transformarse
directamente en energía de propulsión mecánica. El hidrógeno es
óptimo para la utilización como combustible para autos ya que se
constituye como un excelente combustible alternativo que, a la vez,
tiene el potencial suficiente para ofrecer las soluciones limpias que se
precisan, todo esto debido a que el hidrógeno prácticamente no
genera emisiones nocivas, y por eso se pone en marcha este
proyecto con la convicción de reducir la contaminación
medioambiental y reducir el consumo de los limitados recursos
combustibles fósiles.
1.4.1 Aporte tecnológico
Este trabajo de investigación busca resolver el problema de
reducción de producción de gases contaminantes, reduciendo
el consumo de combustible en un motor de combustión interna.
1.4.2 Aporte económico
Este trabajo de investigación busca resolver el problema del
consumo de combustible en un motor de combustión interna,
produciendo una reducción en los gastos.
1.4.3 Importancia
Este trabajo de investigación es importante porque permitirá
desarrollar un sistema que reducirá la emisión de gases
contaminantes, aportando con la reducción del efecto invernadero.
2. MARCO TEÓRICO
2.1 Antecedentes del estudio
ESTUDIO E IMPLEMENTACION DE UN SISTEMA DUAL PARA
OPTIMIZAR LA COMBUSTION DE UN MOTOR OTTO MEDIANTE EL
USO DEL GAS DE BROWN (HHO), Jose Sebastian Cujilema
Cujilema-Carlos Manuel Ramirez Gonzaga, Tesis previa a la
obtención del Título de: Ingeniero Mecánico Automotriz, Cuenca-
Ecuador, 2011.
CONSTRUCCION Y ADAPTACION DE UN SISTEMA GENERADOR
DE GAS DE HIDROGENO PARA SUMINISTRARLO A UN MOTOR DE
COMBUSTION INTERNA, Hugo Fernando Cando Piarpuezan-
Henry Ruperto Quelal Manosalvas, Tesis de grado previo a la
obtención del título de Ingeniero en la especialidad de
Mantenimiento Automotriz, Ibarra-Ecuador, 2012.
MOTORES OTTO, Manual de automóvil reparación y
mantenimiento del motor a gasolina, Madrid-España, edición
2002.
2.2 Marco conceptual
La inminente disminución de las reservas del petróleo se presentara
en pocos años, si no se encuentra una solución inmediata a una crisis
energética y a la dependencia del petróleo esto ocasionara un cambio
sin precedentes en el ritmo de vida actual. El agotamiento de los
combustibles fósiles hace necesaria la utilización de nuevas
tecnologías para contrarrestar los problemas actuales de
contaminación ambiental, la cual está acarreando cambios climáticos
y posibles conflictos internacionales provocados por el acceso a los
recursos. Entre las tecnologías se destaca la utilización del hidrogeno,
el cual está siendo utilizado para desplazar a los combustibles fósiles
para llegar a construir una economía basada en hidrogeno.
Al utilizar hidrogeno ya sea en procesos de combustión interna en
motores o para producir energía eléctrica en pilas de combustible
tiene gran campo de aplicación en las diferente tareas diarias del
humano. La ventaja más notable del hidrogeno es la abundancia de
este elemento en el universo y su combustión solo origina calor y
vapor de agua, además de ser un sistema energético renovable, no
contaminante y silencioso para el medio ambiente. Entre los
inconvenientes se presenta la gran inflamabilidad del gas y la
construcción de instalaciones para su almacenaje y producción.
Con la presente investigación buscamos aportar una solución a este
gran problema medioambiental, desarrollando la construcción de este
sistema de generación de hidrogeno y su aplicación en automóviles.
El sistema que utilizaremos para la obtención del gas será un
electrolizador el cual será accionado por la batería para obtener
hidrogeno mediante la electrolisis del agua. Es por las razones
descritas que justificamos la construcción del generador de hidrogeno
para suministrar este gas al motor de combustión interna del vehículo.
2.3 Definiciones
Temperatura (T): magnitud escalar relacionada con la energía
interna de un sistema.
Sus unidades son °C. °F, °R.
Presión (P): magnitud física que es determinada por la proyección
de la fuerza en un área definida.
La presión tiene unidades de fuerza por unidad de área como:
Kg/cm², Kg/m², pies, m, lbs. /pulg².
Densidad (ρ): magnitud que referencia la masa en una unidad de
volumen de una sustancia.
Flujo volumétrico ( v̇): magnitud que expresa la variación de
volumen en el tiempo a través de un área específica.
3. VARIABLES E HIPÓTESIS
3.1 Variables de la investigación
3.1.1 Variable independiente:
Hidrogeno
Electrolisis
3.1.2 Variable dependiente:
Producción de Hidrogeno
3.2 Operacionalización de las variables
En la tabla se muestra la relación de las variables de la investigación con los
objetivos específicos:
VARIABLES DIMENSIONES INDICADORES
INDEPENDIENTE HIDROGENOELECTROLISIS
SISTEMAPROPUESTO
DENSIDAD
PODERCALORIFICO
LIMITES DE
INFLAMABILIDAD
LIMITES DE
DETONACION
COEFICIENTE DE
DIFUSION
DEPENDIENTEPRODUCCION DE
HIDROGENO
POTENCIA EFICIENCIA
CONSUMO RENDIMIENTO
CONTAMINACIÓN EFICIENCIA
Fuente: Elaboración propia
3.3 Hipótesis general e hipótesis específicas
3.3.1 Hipótesis general
Si se modifica un motor de combustión interna agregando
hidrogeno a la cámara de combustión reducirá las
emisiones de gases contaminantes y el consumo de
combustible en un motor de combustión interna.
3.3.2 Hipótesis especificas
El diseño de un sistema de generación de hidrogeno,
instalado en un motor de combustión interna direccionando
el hidrogeno a la cámara de combustión, reducirá la
emisión de gases contaminantes.
El diseño de un sistema de generación de hidrogeno,
instalado en un motor de combustión interna direccionando
el hidrogeno a la cámara de combustión, reducirá el
consumo de combustible en un motor de combustión
interna.
4. METODOLOGÍA
4.1 Tipo de investigación
Investigación tecnológica
4.2 Diseño de la investigación
Diseño no experimental
4.3 Población y muestra
Para los fines de la presente investigación, la población queda delimitada el
sistema de generación de Hidrógeno. Esta queda delimitada por el
problema y por los objetivos del estudio. Si la población, por el número de
unidades que la integran, resulta accesible en su totalidad, no será
necesario extraer una muestra.
4.4 Técnicas e instrumentos de recolección de datos
TÉCNICAS INSTRUMENTOSAnálisis documental -Análisis de especificaciones
técnicasMediciones convencionales -Amperimetro
-Voltimetro-Termómetro
Fuente: Elaboración propia
4.5 Plan de análisis de estadísticos de datos
En base a la investigación a realizarse no amerita hacer un procesamiento
estadístico.
5. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
ACTIVIDADESSEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
ELABORACIÓN Y APROBACIÓN DEL PROYECTO DE TESIS.
X X X X
ORGANIZACIÓN E IMPLEMENTACIÓN X X X X X
EJECUCIÓN X Xa.- Reajuste X Xb.- Elaboración de instrumentos X X X
c.- Administración de instrumentos X X
d.- Recolección y procesamiento de datos X X X
e.- Análisis e interpretación de los resultados X X X
f.- Control y evaluación X Xg.- Informe final X
6. PRESUPUESTO
De acuerdo con las actividades a realizar se formulan los siguientes gastos:
ITEM RUBRO Y ACTIVIDADES COSTO (S/.)1 Recolección de información 150.00
2 Asesoría virtual e Impresiones 200.00
3 Elaboración y confección del proyecto 100.00
4 Presentación 50.00
5 Material de oficina 120.00
6 Varios, imprevistos y otros 120.00TOTAL 740.00
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Cengel, Yunus A. Termodinámica/McGraw. Hill. México 4 ta edición
2002.
Gray, Haary B.; Principios básicos de la química/ Edit. Reverenté.
Barcelona 1976.
Motores pequeños a gasolina/ Centro de desarrollo industrial Ecuador.
Manual del automóvil reparación y mantenimiento del motor a gasolina,
Madrid 2002.
8. ANEXOS
8.1 Anexos 1: Matriz de consistencia
8.2 Anexo 2: Esquema tentativo de la tesis
Anexos 1: Matriz de consistencia
PROBLEMA OBJETIVOS HIPÓTESIS VARIABLES METODOLOGÍA POBLACIÓN Y MUESTRA
Problema principal¿Cómo diseñar un sistema para la obtención de gas hidrogeno que permita lograr disminuir el consumo de combustible y la emisión de gases contaminantes en un motor de combustión interna?
sistema para la obtención de gas hidrogeno que permita lograr disminuir el consumo de combustible y la emisión de gases contaminantes en un motor de combustión interna?Problemas específicosP1.-¿Cómo disminuir el consumo de combustible en un motor de combustión interna?P2.-¿Cómo disminuir las emisiones de gases contaminantes en un motor de combustión interna?
Objetivo generalDiseño de un sistema para la obtención de hidrogeno mediante electrolisis que permita lograr disminuir el consumo de combustible y la emisión de gases contaminantes en un motor de combustión interna.Objetivos específicosO1.- Disminuir el consumo de combustible en un motor de combustión interna.
combustible en un motor de combustión interna.
combustible en un motor de combustión interna.
combustible en un motor de combustión interna.O2.- Disminuir las emisiones de gases contaminante, en un motor de combustión interna.
Hipótesis generalSi se modifica un motor de combustión interna agregando hidrogeno a la cámara de combustión reducirá las emisiones de gases contaminantes y el consumo de combustible en un motor de combustión interna.Hipótesis especificasH1.- El diseño de un sistema de generación de hidrogeno, instalado en un motor de combustión interna direccionando el hidrogeno a la cámara de combustión, reducirá la emisión de gases contaminantes.H2.- El diseño de un sistema de generación de hidrogeno, instalado en un motor de combustión interna direccionando el hidrogeno a la cámara de combustión, reducirá el consumo de combustible en un motor de combustión interna.
Variable independienteHidrogenoElectrolisisVariable dependienteSistema de producción de Hidrogeno.
Tipo de investigaciónInvestigación tecnológica
NivelInvestigación aplicada
MétodoMétodo de investigación dinámico
Diseño de la investigaciónDiseño no experimental
PoblaciónPara los fines de la presente investigación, la población queda delimitada el sistema de generación de Hidrógeno. Esta queda delimitada por el problema y por los objetivos del estudio. Si la población, por el número de unidades que la integran, resulta accesible en su totalidad, no será necesario extraer una muestra.
Anexo 2: Esquema tentativo de la tesis
ACTIVIDAD: Elaboracion y
aprobacion del proyecto
ACTIVIDAD: Organizacion e
implementación
ACTIVIDAD: Ejecución
ACTIVIDAD: a.- Reajustes
ACTIVIDAD: b.- Elaboración de
instrumentos
ACTIVIDAD: c.- Administración de instrumentos
ACTIVIDAD: d.- Procesamiento
de datos
ACTIVIDAD: e.- Analisis e
interpretación
ACTIVIDAD: f.- Control y evaluación
ACTIVIDAD: g.- Informe final