Împreună salvăm Planeta

Hydrogen Expert

Creăm energie din apă

Împreună salvăm Planeta

Hydrogen Expert

Prefață.

O preocupare globală în tendințe, ne conduce la căutarea de soluții pentru scăderea consumului de combustibil și al emisiilor de noxe ale motoarelor cu ardere internă, ceea ce motivează cercetătorii să prezinte soluții alternative de alimentare sau mixare a amestecului de combustibil, care nu ar necesita o modificare dramatică a designului motoarelor. Printre astfel de soluții se numără utilizarea Hidrogenului ca și combustibil alternativ sau ca aditiv pentru cel convențional pentru a spori randamentul arderii, implicit eficiența motorului și pentu a produce mai puțină poluare.

Odată cu expansiunea tehnologică, acest lucru devine din ce în ce mai fezabil din punct de vedere comercial, iar construirea unui sistem pe bază de Hidrogen și integrarea acestuia în sistemul motor generează un cost de producție din ce în ce mai mic.

Experiment.

Am proiectat, integrat și testat un dispozitiv compact generator de HHO pe un motor pe benzină. Rezultatele lor au arătat că oxizii de azot (NOx), monoxidul de carbon (CO) și consumul de combustibil au fost reduse cu 50%, 20% și, respectiv ~30%, prin adăugarea de gaz HHO. Rezultatele au mai arătat și o creștere a cuplului motorului cu medii de 19%, o reducere a emisiilor de CO2 cu 13,5%, de hidrocarburi (HC) cu 5% și a consumului specific de combustibil (SFC) cu14%. Totodată s-a mai constatat și o creștere a eficienței atât termice, cât și volumetrice , totul cu doar 3% Oxi-Hidrogen adăugat în volumul aerului absorbit.

Hidrogenul are o viteză mai ridicată de ardere, iar amestecul său cu benzină poate fi ars mai repede și aproape în totalitate. Totuși, pe măsură ce adăugarea de Hidrogen mărește limita de inflamabilitate a amestecului până la o echivalență mai slabă a combustibilului, viteza de reacție va fi redusă și arderea va fi prelungită în condiții sărace. De aceea, efectul sincronizarii scânteii a fost investigat iar cea mai mare eficiență termică, cât și presiunea medie efectivă indicată (MEP) au fost obținute la un punct de avans întârziat semnificativ, în comparație cu utilizarea doar cu benzină pură la aceeași echivalență. Efectul Hidrogenului asupra parametrilor de funcționare mai slabi a fost studiat și am remediat adăugând Hidrogen la o anume constantă a fracției volumetrice (VF), în timp ce debitul de benzină a fost redus treptat până când a fost atinsă limita inferioară de funcționare constantă. Această limită, în acest caz, a fost expusă la o modificare a avansului echivalență de 1.10 grade pozitiv față de funcționarea cu benzina fără amestec. Variațiile ciclice ale indicelui MEP au fost studiate statistic și s-a constatat că Hidrogenul face funcționarea motorului cu trepidații mai reduse, identificate printr-o dispersie limitată atât pe duratele MEP, cât și pe durata timpului de rotație al arborelui în care se reține detonația, reprezentată în funcție de numărul de cicluri. Acest efect de funcționare lină s-a dovedit a predomina atât în condiții de pornire la rece cât și la temperatura normală de funcționare. Reducerea dezvoltării detonațiilor și a perioadelor de eliberare a căldurii au fost atribuite energiei mai mici de aprindere a Hidrogenului și a vitezei sale mai mari de detonație, comparativ cu benzina. Rezultatele au raportat o reducere semnificativă a NOx în condiții de sarcină scăzută temporară și o creștere a eficienței termice pentru toate sarcinile de lucru.

Încă sunt multe de învățat cu privire la utilizarea Hidrogenului sau Oxi-hidrogenului în motoarele cu combustie internă. Scopul este de a sublinia calitățile mari pe care le oferă, cum ar fi eficiența arderii crescută, presiunea de vârf care ajută cuplul, precum și de a atenua dezavantajele NOx, cât și a masei reduse a încărcăturii cilindrului. Primul pas în acest demers este proiectarea unui generator de hidrogen capabil să furnizeze debitul și concentrația necesare pentru o performanță optimă și să aibă o dimensiune, o greutate și un consum de energie acceptabile pentru instalare pe un vehicul de pasageri. Acesta este obiectivul principal al prezentului material de studiu pe care v-il prezentăm în cele ce urmează.

Baze de testare.

Sunt măsurați diferiți parametri ai motorului, pe o platformă de testare care ne oferă toate informațiile de care avem nevoie pentru a calcula randamentul, anume, sarcina motorului a fost măsurată cu dinamometrul hidraulic Froude, turația motorului și debitul de aer cu ajutorul dispozitivului oficial de diagnoză electronică Vag-Com Diagnostic Systems (VCDS), consumul de combustibil al motorului este măsurat prin manometrul etalon auto construit de noi, iar emisiile motorului prin analizor de gaze de evacuare model TECNO TEST TE488.

Testarea este efectuată pentru motorul în cauză, care funcționează cu benzină ca și combustibil de bază, mai întâi fără utilizarea celulei HHO iar apoi cu utilizarea celulei HHO conectată la galeria de admisie. Pe acest motor a fost efectuat un test de turație constantă la sarcină variabilă. Motorul este testat și datele măsurate sunt colectate în aceleași condiții de funcționare pentru ambele cazuri, atăt cu HHO activ și fără.

Rezultatele celulelor HHO

În figura de mai jos arătăm efectul concentrațiilor de KOH asupra eficienței medii a celulei HHO. Se constată că 6g/L de KOH ca și catalizator oferă o eficiență mai bună la diferite turații ale motorului.

Se constată, de asemenea, că 4g/L de NaOH oferă o eficiență termică mai mare, comparativ cu alte concentrații de NaOH la diferite turații ale motorului.

În figura de mai jos facem comparația rezultatelor celor 2 rezultate, anume cu 6g/L de KOH concentrație a electrolitului si cu 4g/L de NaOH și se constată că în cazul 6g/L KOH oferă cea mai mare eficiență la diferite viteze ale motorului.

Performanța motorului

În graficele de mai jos se observă efectul introducerii gazului HHO în ardere atât asupra eficienței termice, cât și consumului specific de combustibil. Se observă că gazul HHO îmbunătățește procesul de ardere prin asupracreșterea eficienței termice a motorului și reducerea consumului specific de combustibil. Comparând gazul HHO cu benzina comercială, HHO este extrem de eficient în ceea ce privește structura chimică a combustibilului. Hidrogenul și oxigenul există în HHO ca doi atomi per unitate combustibilă cu grupuri independente, în timp ce benzina este formată din mii de molecule mari de hidrocarbură. Această configurație diatomică a gazului HHO (H2 și O2) are ca rezultat arderea eficientă, deoarece atomii de hidrogen și oxigen interacționează direct fără întârzieri de propagare a aprinderii din cauza timpului scurt al reacției. Căldura eliberată de HHO a facilitat ruperea legăturilor moleculelor de benzină și, prin urmare, creșterea vitezei de reacție și a vitezei aprinderii, astfel crescând eficiența combustiei.

Îmbunătățirea generală a eficienței termice cu HHO față de combustibilul pe benzină pură la diferite turații ale motorului; (a) 1500 rpm, (b) 2000 rpm și (c) 2500 rpm.

Efectul variației sarcinii dinamometrului motorului asupra BSFC; (a) 1500 rpm, (b) 2000 rpm și (c) 2500 rpm.

(BSFC - Brake Specific Fuel Consumption, este metoda de măsurarea a eficienței combustibilului folosit de un motor care arde amestecul de aer combustibil și produce

mișcarea de rotație a arborelui cotit).

De asemenea, se remarcă faptul că introducerea gazului HHO în amestecul combustibil/aer are un impact pozitiv asupra cifrei octanice a combustibilului. Prin urmare, raportul de compresie al motorului poate fi crescut și se poate obține un câștig mai mare în eficiență. În plus, avansul la aprindere ar putea fi mărit pentru a maximiza cuplul motorului fără efecte negative pentru motor.

Emisiile motorului

Efectul alimentării motorului pe benzină cu gaz HHO asupra monoxidului de carbon CO, hidrocarburilor nearse HC și oxizilor de azot NOx este prezentat în graficele de mai jos.

Efectul variației sarcinii dinamometrului motorului asupra emisiilor de CO; (a) 1500 rpm, (b) 2000 rpm și (c) 2500 rpm.

Efectul variației sarcinii dinamometrului motorului asupra emisiilor de HC; (a) 1500 rpm, (b) 2000 rpm și (c) 2500 rpm.

Stoichiometria este domeniul chimiei care se ocupă de cantitățile relative de reactanți și produși în reacțiile chimice. ... De exemplu, când oxigenul și hidrogenul reacționează pentru a produce apă , un mol de oxigen reacționează cu doi moli de hidrogen pentru a produce doi moli de apă.

Stoichiometria este o ramură a chimiei care se ocupă cu aplicarea legilor proporțiilor determinate și ale conservării masei și energiei în activitatea chimică. Este considerată dificilă deoarece se bazează pe o serie de abilități individuale, iar pentru a avea succes, acestea trebuiesc stăpânite pentru a descoperii strategii de rezolvare a problemelor legate de amestecurile moleculare în vederea atingerii celui mai bun randament.

Amestecul stoichiometric al combustiei interne al unui motor este un amestec echilibrat de combustibil și oxidant, astfel încât să nu rămână niciun exces după ardere. De exemplu, pentru un motor aspirat pe benzină, raportul stoichiometric aer/combustibil cu cifra octanică 95 este de aproximativ 14,7:1, adică pentru fiecare gram de benzină sunt necesare 14,7 grame de aer.

Puterea energetică a combustibililor

Ce sunt defectele stoichiometrice?

Defectele stoichiometrice sunt defecte intrinseci în care raportul dintre cationi și anioni rămâne exact același cu cel reprezentat de formula moleculară. Ele sunt în principal de două tipuri: defecte de lipsă, în care un atom nu este prezent în în reacția chimică dată, ceea ce determină anomalie în reacție și creează un defect, sau defect de exces, în cazul în care un atom este prezent într-un număr mai mare decât este necesar în reacție. Astfel, în cazul combustiei interne, acest fenomen este cunoscut sub numele de amestec sărac sau bogat. Cantitatea de hidrogen la nivel molecular dintr-o hidrocarbură cum este benzina sau motorina, stabilește puterea de reacție a arderii în funcție de cantitatea de aer cu care este amestecat. De aceea, cu cât o hidrocarbură este mai bogată în hidrogen, arde mai eficient și mai complet.

Experiment

Mai jos vă prezentăm una din bazele de cercetare pentru îmunătățirea randamentului unui motor cu combustie internă cu ajutorul Oxi-hidrogenului.

Obiectivul acestei lucrări a fost de a construi un sistem inovator, simplu, de generare a HHO și de a evalua efectul adăugării de gazului oxi-hidrogen produs la bordul unei mașini în mixtura amestecului motorului acesteia ce folosește uzual ca și combustibil benzină În vederea îmbunătățirii performanțelor și emisiilor de zone. Generatorul HHO a fost proiectat, fabricat și optimizat pentru o productivitate maximă a gazului HHO în raport cu consumul de energie. Ca și parametrii de optimizare au fost luate în calcul numărul de plăci neutre dintre anod și catod, distanța dintre ele, tipul și cantitatea a celor doi catalizatori, aume cei de hidroxid de potasiu (KOH) sau hidroxid de sodiu (NaOH), alimentarea cu energie electrică prin impulsuri cât și optimizarea sistemului electronic de injecție al mașinii (ECU remap).

Mașina de teste este o Skoda Felicia 1.3 GLXi care a fost evaluată înainte și după instalarea sistemului HHO. Testele de măsurare a emisiilor CO, HC și NOx au fost măsurate cu ajutorul analizorului de gaze de eșapament TECNO TEST TE488, analizor autorizat pentru teste și în Romania. Rezultatele au arătat că a fost suficientă o productivitate de gaz HHO a celulei de 18 L/h pentru urmatoarele rezultate:

- o creștere cu 10% a eficienței termice a motorului,

- o reducere cu 34% a consumului de combustibil,

- o reducere cu 18% a CO,

- o reducere cu 14% a HC

- o reducere cu 15% a NOx .

- o reducere a colmatării uleiului din motor cu 32%

Detalii tehnice ale mașinii în cauză:

Model de motor	- 1.3 GLXi (1289 cm 3)
Tipul motorului	- 4 cilindrii în linie
Sistem de alimentare	- Injecție multipunct
Rata compresiei	- 9.7:1
Putere maximă	- 67.66 CP la 5500 rpm
Cuplu maxim	- 102 Nm @ 3750 rpm