EL USO DEL HIDROGENO

El uso del hidrogeno en motores de combustión interna.

Introducción:

La modificación en motores de combustión de combustibles fósiles. Su contenido es una investigación acerca de la manera en la que podemos modificar el motor para que ocurra en él una combustión a base de hidrógeno.

El fin de esta investigación es dar a conocer un poco la forma en que éste cambio pueda llevar consigo mismo grandes ventajas en la forma de producir combustible, y como éste genera grandes beneficios hacia el medio ambiente, creando así una mejor calidad de vida para las generaciones futuras.

Antecedentes del problema:

Historia de su descubrimiento

La primera referencia histórica escrita acerca del hidrógeno procede de Paracelso, célebre alquimista, quien en el s. XVI observó un aire (que se desprendía al hacer reaccionar un ácido sobre hierro) el cual era inflamable.

Robert Boyle (1627-1691), químico y físico inglés, publicó en 1671 un trabajo titulado “New experiments touching the relation betwixt flame and air” en el cual describía la reacción entre el hierro y algunos ácidos diluidos dando lugar a lo que definió como inflammable solution of Mars (nombre alquímico con el que se designaba al hierro).

Sin embargo no fue hasta mucho después que se reconoció como elemento por Henry Cavendish (1731-1810), otro físico y químico inglés, que lo aisló, recogiéndolo sobre mercurio, por primera vez en 1766. Lo describió como un inflammable air from metals. Cavendish pensaba, erróneamente, que su compuesto de origen era el metal y no el ácido.

Fue Lavoisier quien, finalmente, bautizó a este elemento con el nombre hidrogeno, debido a una de sus reacciones más características: arde en presencia de oxígeno para formar agua. Este es el símbolo utilizado por John Dalton para el representar al hidrógeno en su libro titulado New System of Chemical Philosophy (1808).

Presencia en la naturaleza

El hidrógeno es el elemento más abundante del Universo. Representa, en peso, el 92% de la materia conocida; del resto, un 7% es de He y solamente queda un 1% para los demás elementos.

En nuestro planeta es el 10º elemento más abundante en la corteza terrestre Lo encontramos combinado en forma de agua (su compuesto más abundante; cubre el 80% de la superficie del planeta), materia viva (hidratos de carbono y proteínas; constituye el 70% del cuerpo humano), compuestos orgánicos, combustibles fósiles (petróleo y gas natural), etc.

Excepto en la estratosfera, donde se puede detectar en forma atómica, el hidrógeno elemental se presenta siempre en forma molecular H2 molécula a la que denominaremos di hidrógeno, como recomiendan algunos autores, hidrógeno molecular o simplemente hidrógeno. El di hidrógeno (H2) es un gas incoloro e inodoro, menos denso que cualquier otro gas (d=8.99•10-5 g•cm-3) y muy poco soluble en agua.

Definición del problema:

Debido a la necesidad que se tiene actualmente por reducir el nivel de contaminantes presentes en la atmósfera, ya que estos son los principales causantes de problemas como el efecto de invernadero, la variación de los regímenes climatológicos ,entre otros que están afectando seriamente a la humanidad, surge la necesidad de buscar nuevas soluciones que contribuyan al mejoramiento de estos problemas sin recurrir a limitaciones en la producción de energía, ya que esto implicaría un retraso tanto en el desarrollo económico, cultural, tecnológico como en el investigativo de nuestro país.

Teniendo en cuenta que los beneficios e intereses de la energía alternativa como solución energética van más allá de la reducción de costos únicamente, se presenta además que el mayor uso de estas brindan, la oportunidad de reducir la dependencia con los combustibles fósiles como también de disminuir la contaminación ambiental, debido a que causa un efecto notablemente menor sobre el medio ambiente.

Entonces surgen las preguntas obvias. ¿Qué podemos hacer al respecto? ¿Cómo podríamos comenzar a atacar el problema medioambiental? ¿De qué forma reduciríamos los costos del combustible fósil? ¿Qué impacto tendría en las personas y en la economía el resolver el la problemática que generan los combustibles fósiles?

De lo expuesto anteriormente se llega a la conclusión de que una buena solución se encuentra en cambiar de base energética utilizando un combustible con el cual se puedan eliminar o reducir notablemente las emisiones de contaminantes a la atmósfera y esto es precisamente lo que se lograría con el uso de una fuente alterna de energía. El combustible que se propone como solución es el hidrógeno.

Objetivo:

Sustituir los contaminantes combustibles, debido a que tienen un periodo corto de vida y encima de todo eso genera la mayor cantidad de contaminación que otros contaminantes, por combustibles que emitan la menor cantidad de desechos dañinos al medio ambiente a la población.

* Analizar el funcionamiento de los motores de hidrogeno como alternativa no contaminante para el medio ambiente.

Justificación:

El Dióxido de Carbono y demás partículas nocivas emitidas por los tubos de escape de los vehículos con motor de combustión contribuyen en gran manera, al ser tan elevado su número. Contribuye al Efecto Invernadero, a la Lluvia Ácida y la capa de Ozono (está en muy poca medida):

* Efecto Invernadero: La quema de combustibles fósiles aumenta la cantidad de Dióxido de Carbono en la atmósfera, que atrapa calor extra. Si continua así subirá la temperatura de la Tierra ocasionando muchos problemas.

* Lluvia Ácida: Causada principalmente por el nitrógeno despedido por los tubos de escape. Cuando esta contaminación se mezcla con el vapor de agua y el oxígeno de la atmósfera, se producen ácido nítrico y sulfúrico. Esta mezcla cae con la lluvia incrementando la acidez de lagos, ríos y sustrato en general, incluyendo plantas y animales.

Por lo tanto se deben de comenzar a explorar otras alternativas para uso como combustible inmediatamente, sobre todo en ciudades como Hermosillo que aún están a tiempo de salvarse de la contaminación en exceso como las grandes ciudades de las zonas metropolitanas.

Hipótesis:

A) Se solucionara los problemas actuales que presentan los combustibles derivados con el petróleo, es decir, los problemas de polución.

B) Permitirá reducir gases que producen el efecto invernadero.

C) Se reducirá la dependencia de muchos países de petróleo.

D) Los motores de hidrogeno tienen mayor rendimiento que los motores de combustión.

E) El consumo y costo de mantenimiento será menor.

Marco teórico:

Los motores de combustión interna

Concepto de motor

Sistema material que transforma una determinada clase de energía (hidráulica, Química, eléctrica, etc.) en energía mecánica. Máquina destinada a producir movimiento a expensas de otra fuente de energía.

Motor de explosión

Transforma la energía obtenida por combustión de una mezcla gaseosa carburada, proveniente del carburador, en energía mecánica utilizada para propulsar un émbolo que actúa sobre una biela, la cual mueve el cigüeñal y a través de transmisiones provoca el movimiento de las ruedas.

Funcionamiento

Gasolina y aire forman una mezcla peligrosa. La más leve chispa basta para que se inflame en un instante y así funciona un motor. Los pistones de los cilindros se encargan de comprimir la mezcla, facilitando la ignición, provocada por la chispa eléctrica emitida por la bujía. Estalla en llamas con tal velocidad y violencia que hace descender el pistón por el cilindro. Este movimiento determina el giro del cigüeñal y da su fuerza al motor. En casi todos los motores de coches esta explosión tiene lugar en uno de los cuatro movimientos del pistón, por lo que se le denomina Motor de cuatro tiempos.

Los cuatro tiempos del motor son:

1º. - Admisión: la válvula de entrada se abre. El pistón desciende por el cilindro dejando entrar una mezcla de combustible y aire previamente mezclada en el carburador y que se llama carga.

2º. - Compresión: la válvula de entrada se cierra de un golpe, y el pistón sube comprimiendo la carga en un pequeño espacio, en la parte superior del cilindro.

3º- Explosión: La chispa emitida por la bujía incendia la carga a presión. Los gases en expansión empujan el pistón hacia arriba. El pistón mueve el cigüeñal.

4º- Escape: la válvula de salida se abre. Los gases, a gran temperatura salen expulsados empujados por el pistón. El ciclo empieza de nuevo.

Soluciones alternativas al motor térmico.

Hay diversas soluciones alternativas que o bien modifican al motor, o bien no es un motor térmico, sino uno eléctrico, solar, eólico, etc.

En este final de siglo se plantean nuevos retos al automóvil: por un lado se intenta mantener el nivel de prestaciones conseguidas hasta ahora y por otro se trata de reducir al máximo el consumo de energía, y la contaminación ocasionada por la emisión de gases.

El coche eléctrico es, en este sentido, una clara alternativa. Se están creando prototipos de vehículos impulsados por motores eléctricos.

Una alternativa es el motor con partes de cerámica en lugar de aleaciones. El motor cerámico dura 10 veces más porque el desgaste es prácticamente nulo. No necesita refrigeración ni lubrificación del motor porque es capaz de trabajar a más altas temperaturas sin

...