Diseño de una unidad generadora de energía mecánica o eléctrica a partir de la combustión de hidrógeno obtenido de la electrolisis de orina humana Fase II.

Abstract

Como uno de los modelos de trabajo de graduación que existen en la Universidad del Valle de Guatemala está el Megaproyecto, en esta modalidad participan estudiantes de último año de distintas carreras que conforman un grupo de investigación para desarrollar proyectos ambiciosos. Este Megaproyecto se realizó con la facultad de Ingeniería del departamento de Química, se titula Diseño de una unidad generadora de energía mecánica o eléctrica a partir de la combustión de hidrógeno obtenido de la electrólisis de la orina humana fase II el cual se basa en la elaboración de una unidad que sea capaz de llevar agua a una comunidad; ya que los métodos convencionales de generación de energía han demostrado ser eficientes pero dañinos para el medio ambiente, se seleccionó la alternativa de generación a partir de la combustión de hidrógeno, el cual se puede generar a partir de una electrólisis de la urea contenida en la orina. Para poder llevar a cabo el megaproyecto se necesitó del apoyo de varios estudiantes, por lo que a continuación se detalla cada una de las áreas: En el área de Ingeniería Química se trabajó en proponer el diseño de una celda electrolítica que opere con orina humana que logre producir hidrógeno requerido para su combustión en el motor. Entre los principales resultados se puede identificar que era necesario aumentar la producción del flujo de hidrógeno, utilizando un electrolito alternativo al KOH reduciendo su impacto en el ambiente y humano, por lo que se estableció NaCl como nuevo electrolito, requiriendo 40 unidades de la celda propuesta para abastecer el motor de combustión durante 2 minutos. Para futuras experimentaciones se recomienda realizar más pruebas de la relación entre el flujo de hidrógeno producido y la energía requerida para realizar el proceso de electrólisis ya con el prototipo propuesto. Para el diseño del sistema se calculó una serie de flujos de entrada de aire e hidrógeno utilizando distintos diámetros de tubería disponible en el mercado, lo cual permitió obtener dos diámetros de entrada de aire adecuados para tener relaciones aire-hidrógeno cercanas a la estequiométrica. Tomando como base estos diámetros, se procedió a realizar un diseño para el acople de entrada de la mezcla a la cámara de combustión del motor. Este acople se hizo con el fin de sustituir al carburador, ya que este no es apto para las demandas de hidrógeno del motor. Se determinó que la confiabilidad del motor Honda GX-120, utilizando el sistema distribuidor de hidrógeno elaborado en este estudio y tomando en consideración los intentos de arranque, revoluciones por minuto a las que trabaja y tiempo encendido, dan lugar a una confiabilidad aproximada de 81% el cual es aceptable para continuar con el diseño de la unidad y un análisis de eficiencia del sistema. Esta confiabilidad se obtuvo con una pieza de acople de 1 ¼ de diámetro de entrada de aire, elaborada en un torno. Además, esta trabaja con una relación aire-hidrógeno de aproximadamente 32 kg/kg trabajando a una presión de hidrógeno baja, la cual se aproxima a 4 psi. El área Psicopedagógica consistió en la elaboración de una Línea Base con los posibles candidatos al manejo de la unidad en la Comunidad de Panimaché V, se aplicaron cuatro test de la prueba de Aptitudes Diferenciales que fueron: Relaciones Espaciales, Velocidad y Exactitud, Razonamiento Mecánico y Razonamiento Abstracto, posteriormente se analizaron los resultados y se estableció el nivel educativo que tenían las personas de la comunidad. Los resultados globales obtenidos en las pruebas por los posibles candidatos al manejo de la unidad son: en la prueba de Razonamiento Mecánico obtuvieron un 12% en Relaciones Espaciales un 1.3% en Razonamiento Abstracto un 2.3% y en Velocidad y Exactitud un 19%. Como propuesta educativa, se elaboró un manual para darle continuidad a la próxima fase del Megaproyecto, en el cual se incluyeron aspectos útiles para el uso, el mantenimiento y las precauciones que se deben de tomar en cuenta, originalmente se pensó en un manual para ayudar a la comunidad de Panimaché V, pero debido a que no se cuenta con la unidad fabricada en su totalidad, el manual se elaboró con indicaciones generales del uso de la unidad; sin embargo, este manual deberá complementarse en un futuro en la fase final del megaproyecto. El área de Ingeniería en Administración de Empresas se realizó un control administrativo de los recursos humanos, materiales y financieros. Se utilizaron cronogramas, se llevaron a cabo reuniones semanales, se llevó un listado de los costos de los materiales utilizados y se le proporcionó un valor monetario a las horas trabajadas por cada uno de los integrantes. En cuanto instalación de la unidad, se realizó un análisis de costo-eficacia comparándola con otras alternativas y así evaluar en qué punto se encuentra la competitividad de unidad en la actualidad. Las actividades planificadas se cumplieron entre un rango de entre 66% y 73%, a excepción de un estudiante, quien obtuvo 19.05%. El costo de investigación estimado fue de Q70,793.14 y la inversión inicial estimada para para llevar a cabo la realización de la unidad es de aproximadamente Q41,500.00. El análisis costo-eficacia dio como resultado que la Unidad con gasolina es la mejor alternativa en la actualidad, pero en el futuro se espera que la Unidad de Megaproyecto pueda ser una alternativa competitiva.