Desarrolla IPN prototipo de reactor de oxihidrógeno
Por Armando Bonilla
Ciudad de México. 11 de junio de 2018 (Agencia Informativa Conacyt).- Un prototipo de reactor de gas oxihidrógeno (HHO) con la capacidad de disminuir el consumo de combustible de 15 a 20 por ciento, que puede ser instalado en autos y motocicletas con motor de combustión interna, fue desarrollado por investigadores del Instituto Politécnico Nacional (IPN).
El desarrollo tecnológico le valió al equipo multidisciplinario, integrado por investigadores de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica (Esime), unidades Azcapotzalco y Zacatenco, y de la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas (ESIQIE), el Premio a la Investigación 2017 del IPN en la categoría Desarrollo tecnológico.
La Agencia Informativa Conacyt charló en exclusiva con la doctora Rosa de Guadalupe González Huerta, profesora investigadora adscrita al laboratorio de electroquímica de la ESIQIE, responsable de una parte teórica-práctica del proyecto, específicamente de la investigación correspondiente al diseño y generación de oxihidrógeno, quien explicó que su participación tiene como base un proyecto previo realizado con apoyo del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt).
El fundamento teórico del prototipo
“Hasta ahora, este tipo de reactores en México se desarrolla de manera empírica, de una forma insegura y peligrosa; por ello nos dimos a la tarea de documentar qué es el gas oxihidrógeno, bajo qué leyes de la ciencia se rige, cuál es la relación hidrógeno-oxígeno a partir del agua, qué implica su volumen, su densidad, e hicimos un manual con toda esta información”, dijo la investigadora miembro nivel II del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), quien se involucró en el tema en conjunto con el doctor Juan Manuel Sandoval Pineda.
Con esa información y la inquietud de los alumnos, más el conocimiento científico que ya existía donde se reportan dos tipos de electrolizadores: los de membrana de intercambio protónico que generan un gas muy puro y cuyo problema es su costo, pues utilizan metales nobles en sus electrodos; y los alcalinos que son muy baratos porque funcionan con placas de acero inoxidable, el equipo avanzó en la construcción de su propio reactor.
“El proceso de electrólisis es sencillo, ya es muy conocido a nivel electroquímico; simplemente se aplica una diferencia de potencial, 1.5 voltios, por ejemplo, que nos permiten generar un flujo de corriente que rompe la molécula del agua y genera dos porciones de volúmenes de hidrógeno con respecto a una de oxígeno. De un litro de agua podemos generar mil 800 litros de gas oxihidrógeno, los cuales solo tienen 111 gramos de hidrógeno y 888 gramos de oxígeno”.
Desarrolla IPN reactor de oxihidrógeno que optimiza consumo de gasolina. Rico Cortés, González Huerta, Sandoval Pineda.La investigadora precisó que aun cuando la masa generada de hidrógeno es muy pequeña, tiene tres veces más el poder calorífico de la gasolina a nivel masa. “Es por esto que el gas oxihidrógeno debe ser generado y alimentado in situ, ya que no se puede almacenar porque es una mezcla explosiva, pero si se utiliza in situ en un sistema de combustión abierta o interna, es seguro tomando precauciones, como un arrestador de llama, y manteniendo control de fugas”.
Un aspecto importante del desarrollo de estos prototipos es que se calculó la eficiencia energética, es decir, la energía que da el gas oxihidrógeno producido entre la energía que consume el electrolizador, cuyos tamaños son reducidos, de 15 x 20 x 20 cm3, y que pueden instalarse en serie desde seis hasta 10 reactores para el caso de los motores que demandan mayor potencia.
De la teoría al prototipo funcional
“Con base en el conocimiento teórico generado y los primeros prototipos básicos, nos dimos a la tarea de desarrollar, desde el campo del diseño industrial, un prototipo más robusto, considerando materiales más eficientes y la geometría ideal para que se pueda adaptar fácilmente a los motores de combustión interna”, dijo a la Agencia Informativa Conacyt el doctor Juan Manuel Sandoval Pineda, profesor investigador de la (ESIME), unidad Azcapotzalco.
El doctor que también pertenece al Sistema Nacional de Investigadores, con nivel I, explicó que una vez que se aplicaron metodologías de diseño y consideraciones teóricas de mecánica, se concretaron nuevos modelos con mejores capacidades para generar hidrógeno, que reducen la cantidad de energía requerida, algo que es básico para generar energía limpia utilizando otras fuentes de energía como la solar, eólica o del océano.
“En esta investigación, en la que se involucran varios alumnos becados por el Conacyt, de maestría y doctorado, hemos tratado no solo de alimentar el gas a los motores de combustión interna, sino que estamos analizando sus consecuencias, sus desventajas, por ejemplo, ¿qué enciende primero una vez que alimenta el gas al motor, el hidrógeno o el combustible?, ¿qué sucede con las partes metálicas, se contaminan o se fragilizan? Estamos analizando también cómo se da la distribución del gas dentro del motor, si se da una mezcla homogénea, si se quema antes el hidrógeno o el diesel”.
Derivado de ese trabajo, ambos investigadores detallaron que concretaron cerca de 20 prototipos con diferentes medidas, incluidos algunos modelos didácticos para la impartición de prácticas y están en la etapa del diseño y construcción de un prototipo con características comerciales.
Del laboratorio a las calles
En una fase inicial, los prototipos fueron sometidos a pruebas de laboratorio —hidrostáticas, corrosión, estructurales y vibración— para determinar qué tanto oxihidrógeno generan, la resistencia de los materiales y el ahorro de combustible que reportan. Entretanto, en una segunda fase se instaló a tres motores de combustión interna: dos a diesel y una motocicleta con motor a gasolina.
“Hemos realizado la instalación para operarlos e inyectar el gas a los motores de combustión interna y al ponerlos a funcionar medimos su desempeño a través de flujómetros, rotámetros y fuentes de poder. Al mismo tiempo hemos registrado los gastos de gasolina y se han realizado análisis de gases generados”, dijo Sandoval Pineda.
En busca de un modelo de negocio
A la par de la investigación básica, la construcción de prototipos funcionales y los pasos que se han dado para construir un modelo comercial, Marisol Rico Cortez, estudiante de doctorado en ciencias de la ingeniería mecánica de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica, unidad Zacatenco, quien también forma parte del equipo multidisciplinario, se enfoca en el desarrollo de un modelo de negocio.
“Conforme el equipo comenzó a resolver problemas de rendimiento, al describir el proceso de generación de oxihidrógeno con un fundamento científico y a construir prototipos funcionales, notamos un gran interés por parte de la comunidad científica, la iniciativa privada y la propia sociedad hacia este desarrollo, así que comenzamos a trabajar en un modelo de negocio”.
El trabajo inició con la implementación de un estudio de mercado en la Ciudad de México, donde circulan casi cinco millones de vehículos de los cerca de 38 millones registrados a nivel nacional. “Ese estudio arrojó que hasta 89 por ciento de los entrevistados se dijo interesado en un desarrollo tecnológico de este tipo”.
En paralelo al estudio de mercado, Rico Cortez trabaja en la descripción de las posibles líneas de producción y cómo podrían satisfacer las necesidades del mercado. “Tenemos ya varias alternativas, por ejemplo, estamos considerando la transferencia tecnológica y ya hemos tenido pláticas con varios empresarios interesados en el prototipo; también estamos analizando la incubación empresarial”.
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