Estudio del comportamiento de un
vehículo monoplaza con el uso de hidrógeno como combustible suplementario
Study of the behavior of a single-seater vehicle with the
use of hydrogen as supplementary fuel
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1 |
Juan
Carlos Quinchuela Paucar |
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https://orcid.org/0000-0002-4469-3035 |
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Maestr=
ía
en Diseño Industrial y de Procesos, Facultad de Mecánica Escuela Superior
Politécnica de Chimborazo (ESPOCH). |
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2 |
Javier
Milton Solís Santamaría |
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https://orci=
d.org/0000-0002-9291-1906 |
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Maestr=
ía
en Ingeniería Mecánica Mención Sistemas de Transporte, Facultad de Mecáni=
ca
Escuela Superior Politécnica de Chimborazo (ESPOCH).
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=
3 |
Gustavo
Emanuel Martillo Jiménez |
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https://orcid.org/0009-0004-1790-6949 |
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Ingeni=
ero
Automotriz, Investigador Independiente
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4 |
Danny
Alexander Cali Pillco |
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https://orcid.org/0009-0008-2556-1636 |
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Ingeni=
ero
Automotriz, Investigador Independiente |
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Artículo de Investigación
Científica y Tecnológica Enviado: 11/05/2023 Revisado: 27/06/2023 Aceptado: 04/07/2023 Publicado:03/08/2023 DOI:&nb=
sp;https://doi.org/10.33262/ap.v5i3.1.382
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style=3D'font-family:"Times New Roman",serif;color:blue;mso-ansi-language=
:ES-EC;
mso-bidi-language:AR-SA'> |
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Cítese:=
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Quinchuela Paucar, J. C., Solís
Santamaría J. M., Martillo Jiménez, G. E., & Cali Pillco, D. A. (2023=
).
Estudio del comportamiento de un vehículo monoplaza con el uso de hidróge=
no
como combustible suplementario. AlfaPublicaciones, 5(3.1), 6–31. https://doi.org/10.33262/=
ap.v5i3.1.382 |
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Esta
revista está protegida bajo una licencia Creative Commons
AttributionNonCommercialNoDerivatives 4.0 International. Copia de la
licencia: http://creativecommons.org=
/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
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Palabras claves: hidrógeno, fluido, flujo másico, rendimiento del motor, consumo de
combustible, emisión de gases, contaminación ambiental. |
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Resum=
en Introd=
ucción: La
progresiva escasez de los combustibles fósiles debido a su alta demanda a
nivel mundial, además de generar la mayor concentración de gases
contaminantes que causan cambios climáticos y afectan a la salud de los s=
eres
humanos. Objetivo: el objeti=
vo de
este estudio es analizar la factibilidad de implementar un generador de
hidrógeno gaseoso como combustible adicional en un motor de combustión
interna de un vehículo monoplaza para demostrar si existe una mejora en el
rendimiento del motor, consumo de combustible y reducción de emisiones de
gases contaminantes. Metodología=
: La
metodología del trabajo es realizar una campaña experimental para la
ejecución de las pruebas de funcionamiento sobre los tres puntos a demost=
rar.
Resultados: Como resultado d=
e la
implementación, en el primer ensayo se tiene una reducción 1,6 HP de pote=
ncia
y 3,01 Nm de torque, no obstante, el segundo ensayo sobre el consumo de
combustible muestra un ahorro del 14,13% y en el último ensayo se describ=
e la
concentración de los gases de escape, de igual forma en condiciones dinám=
icas
se obtiene una reducción promedio de 0,73% de CO2, 2,00 de CO, 510,10 PPM=
y
un aumento de 1,67% de O2. Concl=
usión:
En comparación a lo que describen los fabricantes del generador de hidróg=
eno,
se detalla que mejora la potencia del motor, reduce el consumo de combust=
ible
entre un rango de 20 a 40%, y así mismo describen que es capaz de reducir=
un
80% de los gases contaminantes, por esta razón, mediante este estudio se
comprobó que aquellas especificaciones no son válidas. Área de estudio
general: Ingeniería Automotriz. Área de estudio específica: Mo=
tores
de combustión. |
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Keywords: hydr=
ogen,
fluid, mass flow, engine performance, fuel consumption, gases emission,
environmental pollution. |
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Abstract Introduction: The progressive scarcity of
fossil fuels because of his high demand worldwide, in addition to generate
the highest concentration of polluting gases that cause climate change and
affect the health of human beings. Objective:
the objective of this research is to analyze the feasibility of implement=
ing
a gaseous hydrogen generator as additional fuel in an internal combustion
engine of a single-seater vehicle to demonstrate if there is an improveme=
nt
in engine performance, fuel consumption and reduction of polluting gas
emissions. Methodology: The
methodology of this research is to perform an experimental campaign for t=
he
execution of functional tests on the three points to prove. Results: As a result of the
implementation, in the first test there is a reduction of 1.6 HP of power=
and
3.01 Nm of torque, however, the second test about fuel consumption shows a
saving of 14.13%, and in the last test describes the concentration of exh=
aust
gases, similarly under dynamic conditions an average reduction is obtaine=
d of
0.73% CO2, 2.00 CO, 510.10 PPM and an increase of 1.67% O2.
Conclusion: In comparison on the descripti=
on
of the manufacturers of the hydrogen generator, it is detailed that it
improves engine power, reduces fuel consumption between a range of 20 to =
40%,
and likewise describe that can reduce 80% of polluting gases, for this
reason, by means of this study those specifications were found to be inva=
lid. |
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Introducción=
Actualme=
nte
la demanda elevada del uso de combustibles derivados del petróleo es un
problema, según Pesantes et al. (2021), los combustibles fósiles comprenden=
el
80% de la demanda actual de energía primaria a nivel mundial y una de las
principales fuentes de emisión de gases contaminantes.
Por esta
razón, los fabricantes de vehículos automotores buscan alternativas ecológi=
cas
con el fin de generar una fuente de energía limpia y evitar la dependencia =
de
los combustibles fósiles, la implementación del hidrógeno es una alternativa
innovadora en el sector automotriz. El gas inerte de hidrógeno es un elemen=
to
muy abundante y ligero, ya que constituye aproximadamente las tres cuartas
partes de la materia cósmica que se encuentra en el universo. Posee una gran
cantidad de energía almacenada de 33.59 kWh/kg en unidad de masa, siendo
superior que a los 13.9 kWh/kg del gas natural y 12.36 kWh/kg correspondien=
te a
la gasolina (Prego, 2022).
La final=
idad
de esta investigación es implementar un generador de hidrógeno como combust=
ible
suplementario en un vehículo monoplaza y el desarrollo de pruebas de
funcionamiento para determinar el rendimiento del motor, consumo de combust=
ible
y análisis de gases de escape generados con el uso únicamente de gasolina y=
de
una mezcla de hidrógeno gaseoso con gasolina.
La
investigación desarrollada es de tipo experimental ya que recolecta y anali=
za
los datos de las pruebas de funcionamiento del vehículo con el uso de dos t=
ipos
de combustible, además se considera un enfoque cuantitativo ya que se manej=
an
valores numéricos para cuantificar las variables expuestas y de esta manera
realizar una comparación de los resultados obtenidos para cada ensayo.
En el
procedimiento de comparar y describir el comportamiento del motor del vehíc=
ulo
bajo los diferentes ensayos de funcionamiento, se recurre a un diseño
investigativo de carácter descriptivo con el objetivo de recopilar datos e
información que permita cuantificar y medir las características de las
variables consideradas. Con toda la información recolectada y haciendo uso =
de
un método analítico se establecerán criterios de aceptación que corroboren =
la
fiabilidad del estudio y permita desarrollar las conclusiones generales del
presente estudio.
La campa=
ña
de experimentación toma en consideración el esquema (figura 1), donde se
detalla los parámetros de entrada, salida y fijos empleados en las tres pru=
ebas
de funcionamiento. Los parámetros de entrada permiten evaluar el objeto de
estudio en las dos condiciones de funcionamiento, referentes al tipo de sis=
tema
de alimentación del vehículo monoplaza, cada parámetro de entrada influirá =
de
forma independiente a los parámetros de salida, es decir, la evaluación con=
sta
de forma independiente para los dos tipos de sistemas de alimentación
Figura 1Esquema representativo para reali=
zar
las pruebas de funcionamiento
Fuente: Cali &am=
p;
Martillo (2023)
Adaptación
del generador de hidrógeno al vehículo monoplaza
Figura <=
/span>2
Instalación de la conexión del generador de hidrógeno=
en
el múltiple de admisión
Fuente: Cali &am=
p;
Martillo (2023)
Figura 3
Ubicación del generador de hidrógeno