universidad central del ecuador facultad de …€¦ · yo, marco vinicio rosero espÍn en calidad...

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

MÉTODO ELECTROQUÍMICO PARA LA OBTENCIÓN DE GAS DE BROWN

MEDIANTE CELDAS ELECTROLÍTICAS SECA Y HÚMEDA

TRABAJO DE TITULACIÓN, MODALIDAD PROYECTO DE INVESTIGACIÓN PARA

LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERA QUÍMICA

AUTORAS: CORO ORTIZ NANCY MARGOTH

ESCOBAR GUERRERO DÁMARIS BELÉN.

QUITO

2017

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA



TRABAJO DE TITULACIÓN, MODALIDAD PROYECTO DE INVESTIGACIÓN PARA

LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERA QUÍMICA

AUTORAS: CORO ORTIZ NANCY MARGOTH

ESCOBAR GUERRERO DÁMARIS BELÉN.

TUTOR: ING. MARCO VINICIO ROSERO ESPÍN

QUITO

2017

iii

© DERECHOS DE AUTOR

Nosotras, CORO ORTIZ NANCY MARGOTH Y ESCOBAR GUERRERO DÁMARIS

BELÉN, en calidad de autoras del Trabajo de Titulación, Modalidad Proyecto de

Investigación: MÉTODO ELECTROQUÍMICO PARA LA OBTENCIÓN DE GAS DE

BROWN MEDIANTE CELDAS ELECTROLÍTICAS SECA Y HÚMEDA, autorizamos a

la Universidad Central del Ecuador hacer uso de todos los contenidos que nos

pertenecen o parte de los que contiene esta obra, con fines estrictamente académicos

o de investigación.

Los derechos que como autoras nos corresponden, con excepción de la presente

autorización, seguirán vigentes a nuestro favor, de conformidad con lo establecido en

los artículos 5, 6, 8, 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su

Reglamento.

Asimismo, autorizamos a la Universidad Central del Ecuador para que realice la

digitalización y publicación de este trabajo de investigación en el repositorio virtual, de

conformidad a lo dispuesto en el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior.

Firmas:

_____________________________ _____________________________

Nancy Margoth Coro Ortiz Dámaris Belén Escobar Guerrero

C.C. 1719693895 C.C. 0503479891

[email protected] [email protected]

iv

APROBACIÓN DEL TUTOR

Yo, MARCO VINICIO ROSERO ESPÍN en calidad de Tutor del Trabajo de Titulación,

Modalidad Proyecto de Investigación: MÉTODO ELECTROQUÍMICO PARA LA

OBTENCIÓN DE GAS DE BROWN MEDIANTE CELDAS ELECTROLÍTICAS SECA Y

HÚMEDA, elaborado por las estudiantes CORO ORTIZ NANCY MARGOTH Y

ESCOBAR GUERRERO DÁMARIS BELÉN de la carrera de Ingeniería Química de la

Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Central del Ecuador, considero que

las mismas reúnen los requisitos y méritos necesarios en el campo metodológico y en

el campo epistemológico, para ser sometidas a la evaluación por parte del jurado

examinador que se designe, por lo que lo APRUEBO, a fin de que el trabajo

investigativo sea habilitado para continuar con el proceso de titulación determinado por

la Universidad Central del Ecuador.

En la ciudad de Quito, a los cinco días del mes de junio del año 2017.

_______________________

Ing. Marco Rosero Espín MSc.

C.C: 0801997545

v

Este trabajo de titulación se la dedico a Dios por darme la

vida, por fortalecerme para superar los obstáculos que se

me han presentado, por no dejar que desmaye en los

momentos difíciles.

A mis padres Washington Coro y Flor Ortiz, que me han

hecho una persona de valores y principios, con su amor,

apoyo, comprensión, confianza y el ejemplo de

superación y perseverancia que me han ayudado a ser

una mujer que no se deja vencer.

A mis hermanos Alex, Daniel y Joel que han estado ahí

brindándome su compañía y apoyo en todo momento.

A Héctor por compartir conmigo buenos y malos

momentos, por motivarme y ayudarme en todo lo que

estuvo a su alcance.

A mis amigos por su desinteresada ayuda que de una u

otra manera también han contribuido para el logro de mis

objetivos.

NANCY

vi

A Jehová Dios por darme la vida ser mi soporte y

permitirme cumplir con mi sueño.

A mi tesoro más preciado, mis padres, Esteban y

Carmita, a quienes nunca les importó cuantas veces

me equivocara siempre me siguieron apoyando, por

confiar en mí, desde el principio hasta el final.

A mi hija Isabela Eluney por ser mi horizonte, mi luz, mi

fuerza, mi todo para continuar con mi carrera.

A quienes cuidaron de mi hijita en aquellas horas de

estudio, Susy Y Mario, mil gracias.

A mi hermano, Diego, que con su ejemplo y amor

incondicional me motivó siempre a seguir adelante.

A Diego Raúl, mi querido esposo, gracias por tu

esfuerzo, sacrificio y apoyo constante.

A Doña Carmelita por sus consejos sabios y palabras

de aliento.

DÁMARIS

vii

AGRADECIMIENTOS

A la Universidad Central del Ecuador, en especial a la Facultad de Ingeniería Química,

y a sus maestros, que con sus conocimientos nos formaron y prepararon para la vida

profesional.

A nuestro tutor Ing. Marco Rosero Espín por su apoyo en el desarrollo de nuestro

proyecto.

Al Ing. Ricardo Carrera Brown Electrónico de la Corporación Alquimia, por ayudarnos

con la operación de la parte eléctrica de las celdas electroquímicas.

Al Ing. Ricardo Herrera Analista Técnico de enseñanza 1 del DPEC, por compartir sus

conocimientos.

Al Instituto Nacional de Eficiencia Energética y Energías Renovables (INNER).

viii

CONTENIDO

pág.

LISTA DE TABLAS ...................................................................................................... xii

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................... xv

LISTA DE ANEXOS ................................................................................................... xvii

RESUMEN .................................................................................................................. xix

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 21

1. MARCO TEÓRICO .............................................................................................. 23

1.1. Electroquímica. .................................................................................................... 23

1.1.1. Reacciones REDOX. ....................................................................................... 23

1.1.2. Celdas Electroquímicas. .................................................................................. 23

1.1.3. Tipos de Celdas Electroquímicas. .................................................................... 24

1.1.3.1. Celdas Voltaicas o Galvánicas ...................................................................... 24

1.1.3.2. Celdas Electrolíticas ...................................................................................... 24

1.2. Electrólisis. .......................................................................................................... 25

1.2.1. Leyes de Faraday. ........................................................................................... 26

1.2.2. Condiciones que intervienen en el proceso de electrólisis. .............................. 27

1.3. Gas de Brown. ..................................................................................................... 28

1.3.1. Definición. ........................................................................................................ 28

1.3.2. Propiedades. .................................................................................................... 28

1.3.3. Composición. ................................................................................................... 29

1.3.4. Aplicaciones. .................................................................................................... 30

1.4. Métodos de obtención de hidrógeno. ................................................................... 30

1.4.1. Métodos Electroquímicos. ................................................................................ 31

1.4.1.1. Electrólisis del agua con electrólitos alcalinos. .............................................. 31

1.4.1.2. Electrólisis del agua con membrana o electrólito polimérico sólido. ............... 31

ix

1.4.1.3. Electrólisis del vapor de agua a alta temperatura (700-1000 °C). .................. 31

1.4.2. Métodos Químicos. .......................................................................................... 31

1.4.3. Métodos Biológicos. ......................................................................................... 32

1.4.4. Métodos Térmicos. .......................................................................................... 32

1.5. Estado actual del conocimiento. .......................................................................... 32

2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL...................................................................... 35

2.1. Diseño Experimental. .......................................................................................... 36

2.1.1. Construcción de las celdas electrolíticas. ......................................................... 36

2.1.2. Rangos de las variables independientes. ......................................................... 37

2.1.2.1. Voltaje. .......................................................................................................... 37

2.1.2.2. Concentración del electrólito. ........................................................................ 37

2.1.3. Diagrama del Diseño Experimental. ................................................................. 39

2.2. Sustancias Y Reactivos. ...................................................................................... 40

2.3. Materiales y Equipos. .......................................................................................... 40

2.4. Procedimiento de obtención de gas de Brown. .................................................... 41

2.4.1. Preparación de Reactivos. ............................................................................... 41

2.4.2. Preparación del Sistema. ................................................................................. 41

2.4.3. Obtención del Gas. .......................................................................................... 41

2.5. Análisis del electrólito después del proceso de electrólisis. ................................. 42

2.6. Análisis del agua en el burbujeador. .................................................................... 42

2.7. Análisis del gas obtenido. .................................................................................... 42

2.7.1. Prueba de explosividad. ................................................................................... 42

2.7.2. Análisis en el cromatógrafo de gases Agilent 490 Micro-GC. ........................... 43

2.7.3. Análisis en el cromatógrafo de gases Agilent 7820A. ....................................... 43

2.8. Limpieza de las celdas electrolíticas. ................................................................... 43

3. DATOS EXPERIMENTALES ............................................................................... 44

4. CÁLCULOS ......................................................................................................... 46

4.1. Concentración del electrólito (NaOH). ................................................................. 47

4.1.1. Masa de hidróxido de sodio para diferentes concentraciones. ......................... 47

4.2. Balance de moles del electrólito (NaOH). ............................................................ 47

x

4.2.1. Preparación de la solución titulante (HCl). ....................................................... 48

4.2.1.1. Concentración molar de ácido clorhídrico al 38%p/p. .................................... 48

4.2.1.2. Volumen de ácido clorhídrico concentrado para preparar diferentes

concentraciones de ácido clorhídrico diluido. .............................................................. 48

4.2.2. Concentración final de electrólito mediante titulación. ...................................... 49

4.2.3. Balance de moles del electrólito. ...................................................................... 51

4.3. Rendimiento del proceso. .................................................................................... 52

4.3.1. Área de contacto de los electrodos con el electrólito. ....................................... 52

4.3.1.1. Área de los electrodos de la celda electrolítica húmeda. ............................... 52

4.3.1.2. Área de los electrodos en la celda electrolítica seca. ..................................... 56

4.3.2. Densidad de corriente. ..................................................................................... 59

4.3.3. Producción de gas de Brown. .......................................................................... 61

4.3.3.1. Flujo molar de hidrógeno que migra al cátodo. .............................................. 61

4.3.3.2. Flujo molar de oxígeno que migra al ánodo. .................................................. 62

4.3.4. Flujo volumétrico teórico de gas de Brown. ...................................................... 64

4.3.5. Cálculo del Rendimiento del proceso. .............................................................. 67

4.4. Concentración teórica de hidrógeno. ................................................................... 68

4.4.1. Balance de masa para el hidrógeno ................................................................. 68

4.4.1.1. Caudal de iones H+ que entran al reactor electroquímico, (iones H+/s). ......... 70

4.4.1.2. Caudal de iones H+ transformados electroquímicamente en el reactor. ......... 70

4.4.1.3. Caudal de iones H+ que salen del reactor electroquímico. ............................. 70

4.4.1.4. Ecuación de balance de masa en el reactor electroquímico. ......................... 70

4.5. Consumo de energía eléctrica. ............................................................................ 72

4.5.1. Intensidad de la corriente eléctrica promedio que fluye por el circuito. ............. 72

4.5.2. Potencia Activa o de consumo eléctrico. .......................................................... 73

4.5.3. Precio de consumo eléctrico. ........................................................................... 73

5. RESULTADOS .................................................................................................... 76

5.1. Resultados experimentales. ................................................................................ 76

5.2. Variables en condiciones estables. ...................................................................... 81

5.3. Velocidad de producción. .................................................................................... 82

5.4. Resultados del rendimiento del proceso de cada celda electrolítica. ................... 83

5.5. Análisis del Gas de Brown. .................................................................................. 84

5.6. Comparación teórico- experimental de la concentración de hidrógeno obtenido. 85

5.7. Resultados Estadística Descriptiva. ..................................................................... 86

xi

5.7.1. Estadística Descriptiva para la celda electrolítica húmeda. .............................. 86

5.7.2. Estadística Descriptiva para la celda electrolítica seca. ................................... 90

5.8. Concentración de electrólito en función de volumen de gas producido. ............... 94

6. DISCUSIÓN ........................................................................................................ 96

7. CONCLUSIONES ................................................................................................ 98

8. RECOMENDACIONES ...................................................................................... 100

CITAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................................................... 101

BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 104

ANEXOS ................................................................................................................... 107

xii

LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 1. Comparación del poder calórico de Oxihidrógeno con otros combustibles. ... 29

Tabla 2. Ensayos preliminares de concentración del electrólito. ................................. 37

Tabla 3. Datos fisicoquímicos del Agua, T=18 (°C). .................................................... 44

Tabla 4. Densidad del agua a diferentes temperaturas a P=1atm. .............................. 44

Tabla 5. Datos fisicoquímicos del Hidróxido de sodio. ................................................ 44

Tabla 6. Datos fisicoquímicos del Ácido Clorhídrico. ................................................... 45

Tabla 7. Datos Adicionales de los electrodos. ............................................................. 45

Tabla 8. Datos adicionales para calcular: consumo de energía eléctrica y costo de…….

cada ensayo. .............................................................................................................. 45

Tabla 9. Condiciones Estándar en Quito. .................................................................... 45

Tabla 10. Constantes: Universal del gas ideal, Faraday y Avogadro. .......................... 45

Tabla 11. Masa de hidróxido de sodio para diferentes concentraciones. .................... 47

Tabla 12. Volumen de ácido clorhídrico para diferentes concentraciones. .................. 49

Tabla 13. Concentración final de electrólito mediante titulación, en la celda electrolítica

húmeda....................................................................................................................... 50

Tabla 14. Concentración final de electrólito mediante titulación, en la celda electrolítica

seca. ........................................................................................................................... 50

Tabla 15. Balance de moles del electrólito que rige la ecuación , en la celda…..

electrolítica húmeda. ................................................................................................... 51

Tabla 16. Balance de moles del electrólito que rige la ecuación en la celda…...

electrolítica seca. ........................................................................................................ 52

Tabla 17. Áreas de contacto de cátodos (-) y ánodos (+). ........................................... 59

Tabla 18. Densidad de corriente en la celda electrolítica húmeda............................... 60

Tabla 19. Densidad de corriente en la celda electrolítica seca. ................................... 61

Tabla 20. Flujo molar de hidrógeno y oxígeno en la celda electrolítica húmeda. ......... 63

Tabla 21. Flujo molar de hidrógeno y oxígeno en la celda electrolítica seca. .............. 64

xiii

Tabla 22. Flujo Volumétrico teórico de gas de Brown a condiciones ambientales (20°C

y 0,72atm), para la celda electrolítica húmeda. ........................................................... 66

Tabla 23. Flujo Volumétrico teórico de gas de Brown a condiciones ambientales (20°C

y 0,72atm), para la celda electrolítica seca. ................................................................ 66

Tabla 24. Rendimiento del proceso que rige la ecuación ( ) , en la…..

celda electrolítica húmeda. ......................................................................................... 67

Tabla 25. Rendimiento del proceso que rige la ecuación ( ) , en la…...

celda electrolítica seca. ............................................................................................... 68

Tabla 26. Datos experimentales en régimen permanente del proceso en la celda………


Tabla 27. Datos experimentales en régimen permanente del proceso en la celda………


Tabla 28. Concentración teórica de hidrógeno que rige la ecuación………………………

-

, celda electrolítica húmeda. .................................................. 71

Tabla 29. Concentración teórica de hidrógeno que rige la ecuación………………………

-

, celda electrolítica seca. ........................................................ 72

Tabla 30. Costo de consumo eléctrico para la celda electrolítica húmeda. ................. 74

Tabla 31. Costo de consumo eléctrico para la celda electrolítica seca. ....................... 75

Tabla 32. Resultados experimentales de la obtención de volumen de gas de Brown,…..

para la celda electrolítica húmeda. .............................................................................. 76

Tabla 33. Resultados experimentales de la obtención de volumen de gas de Brown,…..

para la celda electrolítica seca. ................................................................................... 79

Tabla 34. Comparación de variables en condiciones estables. ................................... 81

Tabla 35. Resumen de condiciones de operación estables......................................... 82

Tabla 36. Comparación de la velocidad de producción en (mol/m2*s). ........................ 82

Tabla 37. Concentración de hidrógeno y oxígeno proporcionados por el equipo………..

Agilent 490 micro-GC, celda electrolítica húmeda. ...................................................... 84

Tabla 38. Concentración de hidrógeno y oxígeno proporcionados por el equipo………..

Agilent 490 micro-GC, celda electrolítica seca. ........................................................... 84

Tabla 39. Comparación de la concentración de hidrógeno en %V/V experimentales…...

vs teóricos obtenidos en la celda electrolítica húmeda. ............................................... 85

Tabla 40. Comparación de la concentración de hidrógeno en %V/V experimentales…...

vs teóricos obtenidos en la celda electrolítica seca. .................................................... 85

Tabla 41. Valores promedios a cada concentración de electrólito y 3VDC, celda………...


Tabla 42. Valores promedios de cada concentración de electrólito y 9VDC, celda……….

xiv


Tabla 43. Valores promedios de cada concentración de electrólito a 12VDC, celda……..


Tabla 44. Resultados con mayor producción de gas, en la celda electrolítica……………

húmeda....................................................................................................................... 89





Tabla 47. Valores promedios a cada concentración de electrólito a 12VDC, celda……….


Tabla 48. Resultados con mayor producción de gas, celda electrolítica seca. ............ 93

Tabla 49. Concentración de electrólito en función de volumen de gas producido a……..

12VDC, para la celda electrolítica húmeda. .................................................................. 94

Tabla 50. Concentración de electrólito en función de volumen de gas producido a……..

12VDC, para la celda electrolítica seca. ....................................................................... 94

xv

LISTA DE FIGURAS

pág.

Figura 1. Celda Electroquímica. .................................................................................. 23

Figura 2. Celda electrolítica húmeda. .......................................................................... 25

Figura 3. Celda electrolítica seca. ............................................................................... 25

Figura 4. Proceso de electrólisis del agua. .................................................................. 26

Figura 5. Macro Etapas experimentales para la obtención de gas de Brown. ............. 35

Figura 6. Volumen de gas de Brown obtenido en función de la concentración de……….

electrólito (solución de NaOH). ................................................................................... 38

Figura 7. Intensidad de corriente en función de la concentración de electrólito………….

(solución de NaOH). ................................................................................................... 38

Figura 8. Diagrama del Diseño Experimental .............................................................. 39

Figura 9. Algoritmo General de Cálculo. ..................................................................... 46

Figura 10. Dimensiones del electrodo positivo y negativo. .......................................... 53

Figura 11. Dimensiones del electrodo neutro de la celda electrolítica húmeda. .......... 54

Figura 12. Electrodos cargados positivamente y negativamente. ................................ 55

Figura 13. Dimensiones del electrodo en contacto con el electrólito. .......................... 57

Figura 14. Caudal volumétrico de salida del gas de Brown en función del tiempo. ..... 69

Figura 15. Rendimiento del proceso en función de voltaje para la celda electrolítica……

húmeda y seca. .......................................................................................................... 83

Figura 16. Rendimiento del proceso en función de la concentración del electrólito……..

para la celda electrolítica húmeda y seca. .................................................................. 83

Figura 17. Volumen de gas en función de la concentración e intensidad de corriente…..

a 3VDC, para la celda electrolítica húmeda. ................................................................. 86

Figura 18. Volumen del gas en función de la concentración de electrólito e……………..

intensidad de corriente a 9VDC, en la celda electrolítica húmeda. ................................ 87


intensidad de corriente a 12VDC, en la celda electrolítica húmeda. .............................. 88

Figura 20. Volumen de gas en función de concentración de electrólito, voltaje e………..

intensidad de corriente, para la celda electrolítica húmeda. ........................................ 89

xvi

Figura 21. Volumen de gas en función de la concentración e intensidad de……………..

corriente a 3VDC, en la celda electrolítica seca. ........................................................... 90


intensidad de corriente a 9VDC, en la celda electrolítica seca. ..................................... 91


intensidad de corriente a 12VDC, en la celda electrolítica seca. ................................... 92

Figura 24. Volumen de gas en función de concentración, voltaje e intensidad de……….

corriente, en la celda electrolítica seca. ...................................................................... 93

Figura 25. Concentración de electrólito en función de volumen de gas obtenido………..

para la celda electrolítica húmeda. .............................................................................. 94

Figura 26. Concentración de electrólito en función de volumen de gas obtenido………..

para la celda electrolítica seca. ................................................................................... 95

xvii

LISTA DE ANEXOS

pág.

ANEXO 1. Ensamble de la celda electrolítica seca, medida en (mm). ..................... 108

ANEXO 2. Electrodo positivo y negativo de la celda electrolítica seca, medidas………

en (mm). ................................................................................................................... 110

ANEXO 3. Placa neutra de la celda electrolítica seca, medidas en (mm). .............. 112

ANEXO 4. Soporte acrílico frontal de la celda electrolítica seca, medidas en………….

(mm). ........................................................................................................................ 114

ANEXO 5. Soporte acrílico posterior de la celda electrolítica seca, medida en………..

(mm). ........................................................................................................................ 116

ANEXO 6. Empaque o-ring de la celda electrolítica seca, medidas en (mm). ........ 118

ANEXO 7. Ensamble de la celda electrolítica húmeda, medida en (mm). ............... 120

ANEXO 8. Electrodo positivo y negativo de la celda electrolítica húmeda,…………….

medidas en (mm). ..................................................................................................... 122

ANEXO 9. Placa neutra de la celda electrolítica húmeda, medidas en (mm). ........ 124

ANEXO 10. Soporte acrílico inferior de la celda electrolítica húmeda, medida en…….

(mm). ........................................................................................................................ 126

ANEXO 11. Soporte acrílico superior de la celda electrolítica húmeda, medidas……..

en (mm). ................................................................................................................... 128

ANEXO 12. Empaque o-ring para la celda electrolítica húmeda, medidas en………….

(mm). ........................................................................................................................ 130

ANEXO 13. Celda electrolítica seca. ....................................................................... 132

ANEXO 14. Celda electrolítica húmeda. ................................................................. 133

ANEXO 15. Medición de temperatura en la celda electrolítica seca. ....................... 134

ANEXO 16. Titulación ácido-base de una muestra de electrólito. ........................... 135

ANEXO 17. Balas de muestreo de gas. .................................................................. 136

ANEXO 18. Recolección de muestra de gas de la celda electrolítica húmeda. ....... 137

ANEXO 19, Cromatógrafo de gases Agilent Technologies 7820ª GC- System. ...... 138

ANEXO 20. Prueba de explosividad. ...................................................................... 139

xviii

ANEXO 21. Resultados del Análisis de gas de Brown, realizado en el Instituto………..

Nacional de Eficiencia Energética y Energías Renovables (INNER). ........................ 140

ANEXO 22. Características de la columna Molsieve 5A del cromatógrafo de…………..

gases Agilent 490 Micro-GC. .................................................................................... 141

ANEXO 23. Resultados de Análisis del gas en el cromatógrafo de gases. ............. 142

ANEXO 24. Cromatograma. .................................................................................... 144

ANEXO 25. Informe de parámetros del método-MS. ............................................... 145

ANEXO 26. Parámetros del método. ...................................................................... 146

ANEXO 27. Normas de seguridad para obtener el gas de Brown. .......................... 148

ANEXO 28. Propiedades de los materiales utilizados en la construcción de……………

las celdas electrolíticas. ............................................................................................ 150

ANEXO 29. Composición química del Acero Inoxidable 304. .................................. 158

xix



RESUMEN

Se obtuvo “Gas de Brown” mediante celdas: electrolítica seca y electrolítica húmeda,

usando el método electroquímico de electrólisis del agua.

Previo a la construcción de las celdas electrolíticas seca y húmeda, se efectuó el

diseño de las mismas definiendo un volumen de 1L para cada una de ellas. Se

determinaron las condiciones de operación de cada celda, usando como solución

electrolítica hidróxido de sodio a diferentes concentraciones (0,05; 0,1; 0,3; 0,5; 1) M y

regulando voltajes (3, 9,12) VDC. Para cada ensayo se midió: la intensidad de corriente

mediante la fuente regulable de onda completa y el volumen de gas de Brown

producido en diferentes intervalos de tiempo. Las condiciones adecuadas para la celda

electrolítica seca fueron: concentración de electrólito 1M y 12VDC e intensidad de

corriente de 27,67A. Para la celda electrolítica húmeda las condiciones fueron:

concentración de electrólito 0,3M y 12VDC e intensidad de corriente 43,82A.

Este trabajo muestra que la celda electrolítica húmeda obtiene mayor cantidad de gas

de Brown con un mayor consumo energético, comparada con la celda electrolítica

seca.

PALABRAS CLAVES: /GAS DE BROWN /CELDA ELECTROLÍTICA

HÚMEDA/CELDA ELETROLÍTICA SECA/ ELECTRÓLISIS DEL AGUA/

xx

ELECTROCHEMICAL METHOD FOR “BROWN’S GAS” OBTENTION BY DRY AND

WET ELECTROLYTIC CELLS

ABSTRACT

“Brow ’s Gas” was obtai d by th us of th l ctroch mical m thod of wat r

electrolysis by dry and wet electrolytic cells.

For this, part of the project was at first the design and construction of wet and dry

electrolytic cells by determining the volume of 1 L for each one. The operation

conditions were determined for each cell by using a sodium hydroxide solution with

concentrations of (0,05; 0,1; 0,3; 0,5; 1) M and regulating voltages of (3,9,12) VDC,

respectively. For each test, the current intensity was measured by a regulated power

su ly a d th roduc d “Brow ’s Gas” volume in different time intervals. The

adequate conditions for the dry electrolytic cell were: 1M as the electrolyte

concentration, 12VDC as the voltage, and 27,67A as the current intensity. On the other

hand, for the wet electrolytic cell the conditions were: 0,3M as the electrolyte

concentration, 12VDC as the voltage, and 43,82A as the current intensity.

This work shows that i th w t l ctrolytic c ll mor qua tity of “Brow ’s Gas” is

obtained with a higher energy consumption, compared to the dry cell.

KEYWORDS: B WN’ GA W T L CT LYT C C LL D Y L CT LYT C

CELL/ WATER ELECTROLYSIS/.

21

INTRODUCCIÓN

La necesidad de energía para el desarrollo económico y social ha sido siempre una de

las mayores preocupaciones para la humanidad; gran parte de las fuentes de energía

actuales provienen de los combustibles fósiles y producen un gran impacto en el

ambiente, el cual está produciendo un cambio climático. (Pfenningera & Keirsteada,

2015)

La mitigación del cambio climático está impulsando la necesidad de disminuir los

gases contaminantes generados por los combustibles fósiles; para lo cual, existen

varias opciones tecnológicas posibles, junto con la incertidumbre sobre las opciones

que son preferibles en términos de costo, reducción de emisiones y seguridad

energética. (Romo Fernández, Guerrero Bote, & Moya Anegón, 2013)

Esta investigación permite identificar y analizar los factores desencadenantes e

inhibidores de la intención de desarrollar el Sistema Energético Solar-Hidrógeno

(SESH) en Ecuador, con el fin de incorporar al país en la Economía del Hidrógeno,

que es un paradigma energético emergente que propone al H2 como el vector que

conduzca el desarrollo de la sociedad humana en este siglo. Entre los factores

favorables se encuentran, el proceso de transformación de la matriz energética del

país, los altos potenciales de Energía Renovable, la detección de nichos de

oportunidad del mercado energético, y eventualmente en la industria química y

petroquímica como insumo para sus procesos, lo cual además se inscribiría en la

transformación de la matriz productiva del país (Posso Rivera & Sánchez Quezada,

2014).

El hidrógeno como complemento estratégico del petróleo tiene ventajas intrínsecas:

puede soportar la necesidad global de energía limpia utilizada para reducir la tasa de

calentamiento global y la contaminación atmosférica debida a la emisión de CO2.

(Jiménez & Jiménez Chacón, 2013) Es por esto que continuamente crece la

motivación por encontrar nuevas tecnologías para la producción, separación y

purificación del hidrógeno. De los diferentes métodos de producción, la electrólisis del

agua puede ser el único medio práctico y abundante para producir hidrógeno en

cantidad suficiente sin el uso de combustibles fósiles, teniendo como gran ventaja que

22

al combustionar el gas solo se genera vapor de agua, con lo cual no se genera ningún

gas contaminante para el ambiente.

Dentro de las líneas de investigación de la Facultad de Ingeniería Química se tiene

establecido métodos de producción de hidrógeno. Una opción interesante es la

producción de Gas de Brown a partir del agua con electrólito, llevado a cabo en celdas

electroquímicas.

Con la generación de Gas de Brown se pretende utilizar una energía más limpia y

renovable en comparación con los combustibles tradicionales. El generador de gas de

Brown permite adquirir conocimiento en el manejo adecuado de las celdas, siendo

ésta investigación el punto de partida para el estudio y la producción de energías

alternativas.

Mediante la construcción y puesta en marcha a nivel experimental se pretende:

encontrar las condiciones más apropiadas para la celda electrolítica seca y celda

electrolítica húmeda, comparar la eficiencia del proceso y el consumo energético, con

el fin de determinar la más eficiente.

Para demostrar que se obtiene gas de Brown se debe comprobar la presencia de

hidrógeno y oxígeno en el cromatógrafo de gases.

23

1. MARCO TEÓRICO

1.1. Electroquímica.

La electroquímica estudia las reacciones químicas que se generan cuando pasa

corriente eléctrica en un circuito y de la producción de tales corrientes por medio de la

transformación de sustancias químicas.

1.1.1. Reacciones REDOX. Estas reacciones son específicamente de reducción-

oxidación, las cuales se dan a partir de la transferencia de electrones de un átomo que

se oxida a un átomo que se reduce.

1.1.2. Celdas Electroquímicas. En forma general las celdas electroquímicas son

dispositivos que están formados por dos conductores o electrodos sumergidos en un

medio electrolítico, unidos por un puente salino y conectado por un voltímetro que

permite el paso de los electrones.

Figura 1. Celda Electroquímica.

24

Electrodo positivo (Ánodo). Aquí se dan las reacciones de oxidación y es el

electrodo que se encuentra unido al polo positivo del generador.

Electrodo negativo (Cátodo). Aquí se dan las reacciones de redacción y es el

electrodo que se encuentra unido al polo negativo del generador.

Electrólito. Son sustancias (bases, ácidos, sales) que al ser disueltas en agua

son conductores de la electricidad.

Según la teoría de Arrhenius, al disolver una base un ácido o una sal, gran

número de moléculas de estos cuerpos se disocian o dividen en grupos atómicos

cargados eléctricamente, denominados iones. (Alonso & Acosta, 1984) Estos

iones están unos cargados positivamente (Cationes) y otros cargados

negativamente (Aniones).

Puente Salino. Es un Tubo de vidrio relleno de un electrólito que impide la

migración rápida de las sustancias de una celda a otra, permitiendo no obstante el

contacto eléctrico entre ambas. El electrólito suele ser una disolución saturada de

KCl retenida mediante un gel. (López, 2010)

Fuente de Energía. Permite el paso de los electrones cerrando el circuito. Mide la

diferencia de potencial eléctrico entre el ánodo y el cátodo siendo la lectura el

valor del voltaje de la celda.

Intensidad de corriente. Es la cantidad de carga eléctrica por unidad de tiempo

que circula en un circuito, se identifica con la letra I, y su unidad de medida es el

Amperio (A).

1.1.3. Tipos de Celdas Electroquímicas. Hay dos tipos fundamentales de celdas

electroquímicas y en ambas tiene lugar la transformación de una forma de energía en

otra.

1.1.3.1. Celdas Voltaicas o Galvánicas. Son celdas electroquímicas en las cuales

la energía química liberada en forma espontánea se convierte en energía eléctrica. Por

lo general, consta de dos metales diferentes conectados por un puente salino.

1.1.3.2. Celdas Electrolíticas. Son dispositivos capaces de producir reacciones

químicas a través de la introducción de energía eléctrica. En esta celda se da la

electrólisis, y tiene un dispositivo adicional que es la fuente de energía. En procesos

electrolíticos se usa generadores de corriente continua.

Hay 2 tipos de celdas electrolíticas que tienen el mismo principio de funcionamiento,

las diferencias se detallan a continuación:

25

a) Celda Electrolítica Húmeda. En el contenedor de la celda los electrodos están

totalmente inmersos en el electrólito, los electrodos de esta celda pueden ser de

diferentes formas, ya sean en espiral, tubos o placas la forma depende del tamaño

del contenedor.

Figura 2. Celda electrolítica húmeda.

b) Celda Electrolítica seca. El electrólito fluye por el interior de la celda. Los

electrodos de este tipo de celdas están separadas por juntas (o-ring) las cuales

evitan que el electrólito se escape de la celda hacia las conexiones eléctricas. A

diferencia de la celda electrolítica húmeda los electrodos no están totalmente

inmersas en el electrólito, tan sólo determinada área de los electrodos está en

contacto, esto depende del diseño de la celda.

Figura 3. Celda electrolítica seca.

1.2. Electrólisis.

Es un proceso que se basa generalmente en el aporte de energía eléctrica, mediante

una pila galvánica o mediante un generador de corriente continua en una solución

electrolítica compuesta por un soluto y un solvente.

26

Es necesario disolver una sustancia en un determinado disolvente, con el fin de que

los iones que constituyen dicha sustancia estén presentes en la disolución. La

corriente eléctrica se aplica a un par de electrodos conductores colocados en la

disolución; el electrodo cargado negativamente se conoce como cátodo y el cargado

positivamente como ánodo. Cada uno de dichos electrodos atrae a los iones de carga

opuesta, de manera que los iones positivos o cationes son atraídos al cátodo, mientras

que los iones negativos o aniones se desplazan hacia el ánodo. (Gaig Gómez, 2007)

Figura 4. Proceso de electrólisis del agua.

Electrólisis del agua, es la descomposición de agua (H2O) en oxígeno (O2)g e

hidrógeno (H2)g, debido a una corriente eléctrica que pasa a través del agua con

electrólito. (González, 2010)

1.2.1. Leyes de Faraday. Las relaciones cuantitativas que se llevan a cabo en la

electrólisis fueron descubiertas por Michael Faraday, por lo cual llevan su nombre y

están descritas a continuación:

La Primera Ley establece que los pesos de las sustancias desprendidas en los

electrodos son directamente proporcionales a la cantidad de electricidad que atraviesa

la solución. La segunda ley expresa la relación fundamental entre las cantidades de

diferentes sustancias separadas en los electrodos por una misma cantidad de

electricidad. (Mantel, 1980)

m q

27

q

t

Dónde:

m: Masa del elemento depositada, (g).

q: Equivalente electroquímico, (g/C).

: Carga, (C).

: Peso molecular del ión, (g/mol).

: Valencia del ión.

: Constante de Faraday equivale a 96500 (C).

: Intensidad de corriente en amperios, (A).

t: Tiempo, (s).

1.2.2. Condiciones que intervienen en el proceso de electrólisis. A continuación

se menciona a los factores que intervienen en el proceso de electrólisis, algunos de

estos factores tienen una mayor influencia sobre el proceso y se relacionan

directamente con la efectividad del mismo.

a) Naturaleza de los electrodos. El problema principal es el desgaste, se desea

siempre que este desgaste sea mínimo; para ello el material debe presentar las

siguientes propiedades:

Fácilmente mecanizables, pues se construyen por métodos mecánicos

convencionales (torneado, fresado).

Estabilidad Química, se refiere a la resistencia que opone el material a la

corrosión.

Mínima resistencia eléctrica, mínima oposición que encuentra la corriente a su

paso por un circuito cerrado.

Disponibilidad y costo.

b) Naturaleza del electrólito. Si el electrólito contiene ciertas sustancias que

pueden ser reducidas u oxidadas en los electrodos, esto significa un cambio

químico. Por lo tanto se debe elegir con mucho cuidado el electrólito a utilizar.

c) Exceso de Intensidad de Corriente. Un exceso de corriente puede provocar que

las condiciones de la celda cambien. Se debe limitar el paso de la corriente

eléctrica disminuyendo el voltaje y la concentración del electrólito, debido a que

está fluyendo una mayor cantidad de electrones en un momento determinado, si

se limita la cantidad de corriente eléctrica se mantiene la vida útil de la celda.

28

d) Temperatura. Al elevarse la temperatura en la celda, esta puede provocar la

obtención de compuestos totalmente diferentes a los requeridos. Esta condición

permite la desestabilización de la celda; el aumento de temperatura también

acelera el proceso de oxidación en los electrodos y modifica la velocidad de

reacción.

1.3. Gas de Brown.

1.3.1. Definición. El gas de Brown es una mezcla gaseosa de H2 y O2 en una

relación molar 2:1, la misma proporción del agua. Se obtiene mediante el método

electroquímico de electrólisis. (Rodriguez & Delgado, 2015)

También conocido como HHO o gas oxhídrico, recibe su nombre popular del químico

búlgaro Yule Brown, uno de los primeros defensores del gas oxhídrico como fuente de

combustible alternativo. Brown ha recibido una patente para su electrolizador de salida

colectiva en el año de 1977 y en 1978.

1.3.2. Propiedades. El gas de Brown es incoloro, inodoro, más ligero que el aire, y no

tóxico. Se quema en el vacío, o bajo el agua. No utiliza oxígeno atmosférico, y crea

sólo agua pura como su único producto de combustión. No contiene hidrocarburos, por

lo que es incapaz de producir dióxido de carbono, o cualquier otro contaminante

atmosférico, cuando se enciende. El gas de Brown no puede explotar; De hecho,

realiza implosión al encender. Un litro de agua produce 1860 litros de gas. Cuando

este gas se enciende, el volumen se reduce al original de un litro de agua. Esta

característica es muy útil en la creación de vacíos casi perfectos. (Card, 1990)

A temperatura y presión normales (273,15 K y 1atm), el gas de Brown puede

quemarse cuando está entre aproximadamente 4% y 94% de hidrógeno en volumen,

con una temperatura de llama de 2000°C aproximadamente. Se quemará

(convirtiéndose en vapor de agua y liberando energía que sustenta la reacción)

cuando se lleva a su temperatura de autoignición. (Nikhik & Deepak, 2015)

La temperatura de la llama del gas es extremadamente baja, unos 130ºC, lo que

permite pasar por ella la mano sin quemarse. Sin embargo, si esta llama se aplica a

materiales como metales o cerámicas desarrolla temperaturas fantásticas; es capaz de

fundir cerámicas y hasta vaporizar el tungsteno, lo que requiere 6000ºC, debido a una

29

propiedad de combustión interactiva. Esta es la característica única del Gas de Brown.

(Wiseman, 2009)

La disociación térmica del agua (H2O=H2 + 1/2O2) es fuertemente endotérmica (120

MJ/kg y 141,86 MJ/kg, respectivamente, para agua vapor y agua líquida). (Gutiérrez

Jodra, 2005)

La electrólisis del vapor de agua, Go k mol,

o k mol y

o

k

mol . (Pierre & Sergey, 2013)

Tiene Energía potencial alta, el valor calórico del gas HOH es tres veces

el de la gasolina. (Sa'ed A. & Ammar A., 2011)

Tabla 1. Comparación del poder calórico de Oxihidrógeno con otros

combustibles. (Perry, Cecil, & Perry, 2007)

1.3.3. Composición. La reacción de la electrólisis del agua no es un proceso

espontáneo, y por eso se lleva a cabo en una celda electrolítica o reactor, que es un

sistema electroquímico generador de sustancias, por la acción de un flujo de

electrones suministrado por la fuente de voltaje externa. La descomposición del agua

en oxígeno gaseoso e hidrógeno gaseoso, uno y dos volúmenes respectivamente,

puede llevarse a cabo a diferentes temperaturas empleando diversos electrólitos.

(Gaig Gómez, 2007)

El gas de Brown, está caracterizado por los siguientes componentes químicos.

Hidrógeno 65,0 ± 0,1% mol/mol.

Oxígeno 35,0 ± 0,1% mol/mol. (Dias Vieira, 2011)

Combustible Poder calórico (MJ/Kg)

Oxihidrógeno 142,35

Diésel 42,5

Gasolina 43

30

1.3.4. Aplicaciones. La obtención de la mezcla gaseosa conocida como gas de

Brown está siendo en la actualidad un campo de desarrollo de gran importancia,

especialmente en aplicaciones en calderas, hornos, calentadores o para la combustión

o aprovechamiento de dicho gas. (Gaig Gómez, 2007) Y lo que más llama la atención

es que el gas de Brown se puede utilizar como combustible de máquinas de

combustión interna (automóviles), el gas de Brown se podría sustituir totalmente.

La obtención de la mezcla gaseosa conocida como gas de Brown está siendo en la

actualidad un campo de desarrollo de gran importancia, especialmente en aplicaciones

en calderas, hornos, calentadores o para la combustión o aprovechamiento de dicho

gas. (Gaig Gómez, 2007) Y lo que más llama la atención es que el gas de Brown se

puede utilizar como combustible de máquinas de combustión interna (automóviles), el

gas de Brown se podría sustituir totalmente.

Recientemente, el gas de Brown se ha introducido como una fuente alternativa de

energía limpia. Los resultados muestran que una mezcla de gas de Brown, aire y

gasolina provoca una reducción en la concentración de componentes de emisión de

contaminantes y una mejora en la eficiencia del motor. (Sa'ed A. & Ammar A., 2011)

Otra aplicación de los generadores electroquímicos en celdas de gas de Brown se

considera tradicionalmente como un recurso de energía para naves espaciales,

submarinos y vehículos. (Lee & Yoh, 2016)

En la soldadura oxi-hidrógeno, el hidrógeno combina oxígeno para generar vapor y

alcanza una temperatura de llama de 2870 C. Normalmente se utiliza para soldar

láminas finas de aceros y aleaciones con baja temperatura de fusión. (P.N., 2001)

1.4. Métodos de obtención de hidrógeno.

Existen diferentes tecnologías para la producción de hidrógeno en etapas de

investigación, en experimentación (Ciclos termoquímicos y producción biológica) y en

desarrollo (electrólisis, reformado catalítico y gasificación), que se pueden dividir en

cuatro categorías: electroquímica, química, biológica, y tecnologías térmicas. (Solís

García, 2014)

31

1.4.1. Métodos Electroquímicos. Existen actualmente, a nivel industrial, tres

versiones diferentes para el proceso de ruptura electrolítica de la molécula de agua

para la producción de hidrógeno con alto grado de pureza. (Vante, pág. 106)

Dadas a continuación:

1.4.1.1. Electrólisis del agua con electrólitos alcalinos. Utilizando un diafragma

poroso, evitando así la mezcla del hidrógeno con el oxígeno. Las reacciones en los

electrodos son:

Cátodo: 2 H2O +2e- H2 + 2 OH- 1

Ánodo: 2OH- ½ O2 + H2O +2e- 2

1.4.1.2. Electrólisis del agua con membrana o electrólito polimérico sólido. Se

utiliza una membrana de intercambio iónico, conductora de protones, que actúa como

electrólito y como separador de los dos electrodos porosos, al mismo tiempo. El agua

que va a ser disociada no precisa contener un electrólito disuelto para aumentar su

conductividad siendo adicionada al sistema del lado anódico solamente. Las

reacciones en los electrodos son:

Ánodo: H2O ½ O2 +2H++2e- 3

Cátodo: 2H++2e- H2 4

1.4.1.3. Electrólisis del vapor de agua a alta temperatura (700-1000 °C).

Utilizando una cerámica conductora de iones O2- (tal como ZrO2 cúbico estabilizado

por Y2O3, MgO o CaO). El agua que es disociada en la celda es introducida al cátodo,

en forma de vapor. De esta forma, la ruptura electrolítica del agua genera una mezcla

de hidrógeno con vapor de agua. Los iones O2- son transportados a través del material

cerámico hacia el ánodo, donde son descargados para producir el oxígeno. Las

reacciones, en este caso, son las siguientes:

Cátodo: 2 H2O +2e- H2 + O2- 5

Ánodo: O2- ½ O2 +2e- 6

1.4.2. Métodos Químicos. La producción del hidrógeno en grandes cantidades, pero

con bajo grado de pureza inicial, es realizada en la industria generalmente por la

reforma catalítica de gas natural, o de otros hidrocarburos ligeros, en presencia de

agua y a altas temperaturas. (Vante, 2002)

Reformado Catalítico.

Gasificación.

32

1.4.3. Métodos Biológicos. Es el proceso de producción de hidrógeno a partir de

algas. Es una tecnología cuyo desarrollo inició antes de la segunda guerra mundial y

que promete mucho en la producción de hidrógeno. Actualmente este proceso

presenta grandes avances de investigación.

Bio-Fotolisis.

Fermentación oscura.

1.4.4. Métodos Térmicos. Para que la aplicación de la energía nuclear sea rentable

en la producción de hidrógeno, ésta debe hacerse mediante procesos que requieran

alta temperatura, esto es, electrólisis de alta temperatura y ciclos termoquímicos.

(Solís García, pág. 279)

Ciclo Termoquímico de Hidrólisis de Azufre-Yodo (S-I).

Ciclo Termoquímico de Hidrólisis de Azufre-Bromo (S-Br).

Ciclo Termoquímico de Hidrólisis UT-3.

1.5. Estado actual del conocimiento.

En Ecuador, el Sistema Energético Solar-Hidrógeno (SESH) constituye un sistema

energético cuya fuente primaria es la energía solar, directa o indirecta, y la secundaria

el hidrógeno. Actualmente este sistema, se considera como la mejor opción para

complementar en el mediano y sustituir en el largo plazo, al actual sistema energético

basado en fuentes fósiles. (Posso Rivera & Sánchez Quezada, 2014)

Un proyecto, de tipo experimental, que realizó Arias Jhonny y Flores Ronny en la

Universidad Central del Ecuador, titulado “G ració d idróg o or idrólisis co

Aluminio Metálico para uso C ldas d Combustibl ” plantea un novedoso método

de producción del H2 por hidrólisis a partir de los desechos de la producción de

aluminio, utilizando el óxido de calcio como promotor. De ésta manera sólo es

necesario disponer de agua, residuos de aluminio y cal.

Se debe mencionar una investigación desarrollada por Litardo Tatiana y Llulluna

Freddy en la Escuela Politéc ica Nacio al titulada “D sarrollo d células sost ibl s

H2EXERGIA, para el aprovechamiento del hidrógeno como vector energético,

g rado a artir d rgía solar” qu m r ció l t rc r r mio d l Co curso

Odebrecht del año 2013. Realizaron un prototipo el cual fue el principal resultado de

este estudio para el SESH, con energía solar como fuente primaria, la producción del

33

H2 por electrólisis, y su almacenamiento en forma de gas comprimido, aunque no

incluyen la tecnología de uso final.

Se han desarrollado dispositivos que aplican el principio de electrólisis para generar el

gas oxi-hidrógeno, cuya aplicación principal está siendo usada como combustible para

potenciar a la gasolina y reducir los gases contaminantes producto de la combustión,

es así que en Latacunga se desarrolló el proyecto de tesis “Diseño e instalación de un

sistema de alimentación gasolina – HHO en el motor de combustión interna del

vehículo monoplaza tipo buggy” del laboratorio de mecánica de patio de la ESPE, sede

Latacunga.

También, se desarrolló el proyecto de tesis en la Universidad Politécnica Salesiana

sede Cuenca titulado: “Estudio e implementación de un sistema Dual para optimizar la

combustión de un motor Otto mediante el uso del gas de Brown (HHO)”.

La patente WO2012049689 A2 de Pratik Maheshbhai Thakore con el tema

“Controlador para regular la producción de gas de oxihidrógeno a partir de agua con

electrodos y un dispositivo ventilado asimétricamente con módulos eléctricos”.

refiere al Método y dispositivo para regular la producción de gas de Brown por

electrólisis de agua con un Controlador Electrónico y Disposición Asimétrica de

Electrodos en Electrolizadores Modulares. Es útil para el sistema readaptarse a

motores de combustión interna e industria automotriz como suplemento de

combustible para aumentar la eficiencia y reducir la emisión de carbono, aplicación de

llama en diversas industrias, como gas aditivo en hornos e incineradores,

neutralización de residuos atómicos. (Thakore, 2012)

La patente WO 2015115881 A1 de Rodríguez L., Delgado A., con el tema “REACTOR

ELECTROQUIMICO PARA LA PRODUCCION DE GAS OXIHIDRÓGENO”. Ésta

invención se refiere a un reactor electroquímico para la producción de oxihidrógeno,

específicamente a una estructura de forma prismática, cuyo objetivo primordial es

generar una mezcla de gas hidrógeno y oxígeno en una proporción de 2 a 1 a partir de

agua y energía eléctrica; la mezcla es producida en demanda y no se almacena.

(Rodriguez & Delgado, 2015)

34

También se encontró la publicación internacional WO 2012056751 A1 de Toshiaki

Suzuki respecto de la solicitud presentada el 08 de abril del 2011, la cual se refiere a

un dispositivo de electrólisis del agua que tiene una excelente capacidad de

tratamiento, sin aumentar el tamaño del dispositivo o incurrir en mayor costo del

equipo, y para proporcionar un aparato de suministro de combustible económico,

seguro, y respetuoso del medio ambiente mediante el uso del dispositivo de electrólisis

del agua. (Rodriguez & Delgado, 2015)

35

2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

La parte experimental del proyecto de investigación se realizó en el Laboratorio de

Electroquímica y Corrosión de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad

Central del Ecuador.

Para la obtención de gas de Brown se utilizó un método electroquímico, electrólisis del

agua, empleando una solución conductora que permite el paso de la corriente con la

generación de reacciones de óxido-reducción.

Se utilizó la solución de hidróxido de sodio para aumentar la conductividad del agua,

ya que al disolverse se generan iones que permiten el paso de la electricidad. Sin una

solución conductora el agua no podría disociarse ya que no pasa corriente es decir la

conductividad del agua es muy baja de 0,05x10-6 ohm-1 * cm-1.

Esta solución conductora fue alimentada a las celdas: electrolítica seca y electrolítica

húmeda respectivamente, las cuales fueron construidas con electrodos de acero

inoxidable 304, conectados a los polos de una fuente regulable de onda completa.

A continuación se detallan las etapas experimentales del proyecto de investigación.

Figura 5. Macro Etapas experimentales para la obtención de gas de Brown.

Preparación del

electrólito

Celdas Electrolíticas Electrólisis

Gas de Brown

- Agilent 490 Micro-GC

- Agilent 7820A

E= (3-12)VDC

t= 30min

Solución de NaOH

(0,05 - 1) M

36

2.1. Diseño Experimental.

Para el diseño experimental se establecieron dos variables independientes voltaje y

concentración, y una variable dependiente volumen de gas obtenido.

Mediante pruebas preliminares se estableció el rango de la concentración de electrólito

(solución de hidróxido de sodio). En la sección 2.1.2 se detalla el análisis de los puntos

donde se obtiene una mayor producción de gas de Brown y una mejor eficiencia

energética.

2.1.1. Construcción de las celdas electrolíticas. Se realizó el modelado de las

celdas electrolíticas de generación de gas de Brown en el software INVENTOR.

Para modelar la celda electrolítica húmeda se consideró el volumen del contenedor.

Para modelar la celda electrolítica seca se tomó como base de cálculo de 1L el mismo

de la celda húmeda. Para cumplir la base de cálculo se determinó que el número de

placas polo y neutras en total sean 21 con una separación de cada electrodo de 5 mm,

el soporte utilizado fue el acrílico transparente de dimensiones 160 mm x160 mm y 15

mm de espesor. Ver Anexos 4 y 5.

Los empaques O-Ring van de acuerdo al tamaño de las placas o electrodos y son muy

importantes para asegurar la estanqueidad del fluido, evitar fugas y separar a cada

electrodo. Ver Anexo 6.

Los electrodos que se utilizaron fueron de acero inoxidable 304 de 1mm de espesor

para las dos celdas. Para la celda electrolítica húmeda las dimensiones de los

electrodos positivo y negativo fueron de 75mm de diámetro. Para la celda electrolítica

seca las dimensiones de los electrodos fueron de 135mm x 135mm en forma poligonal

en base con las especificaciones técnicas de fuentes bibliográficas. Ver Anexos 2 y 8

respectivamente.

Para los polos positivo y negativo se utilizaron ejes roscados con sus respectivas

tuercas y arandelas sus propiedades ver en el Anexo 28.

Para el montaje completo de los equipos también se utilizaron mangueras, acoples,

cables eléctricos, lagartos entre otros accesorios. Ver Anexo 28.

37

2.1.2. Rangos de las variables independientes. Se definieron dos variables

independientes. Se realizó pruebas preliminares tanto en la celda electrolítica seca

como en la celda electrolítica húmeda, pero solo se tomaron valores de la celda

electrolítica húmeda ya que se observó que la intensidad de corriente aumentó

considerablemente, afectando la estabilidad de la celda.

2.1.2.1. Voltaje. La fuente regulable de onda completa proporciona un voltaje que

va desde 0,5 VDC hasta 12 VDC, por esta razón se escogió como valor máximo 12 VDC.

Para determinar el valor mínimo se realizó pruebas preliminares con 1 VDC y 2 VDC a

una concentración de electrólito 0,1M los cuales no proporcionaron suficiente energía

para realizar el trabajo eléctrico en estos casos no se generó gas de Brown, razón por

la que se utilizó como mínimo 3VDC. Se tomó como valor de prueba 9VDC teniendo en

cuenta que las baterías alcalinas proporcionan este voltaje.

2.1.2.2. Concentración del electrólito. Se realizó pruebas preliminares a una

concentración de 2,725M a 12VDC, la cual dio como resultado un incremento en la

intensidad de corriente hasta 80A, lo que indica que la intensidad está a plena carga

de la celda y esto genera una caída de tensión a 9VDC. Por esta razón se utilizó como

rango máximo una concentración de 1M, también se realizaron pruebas preliminares

para establecer el punto mínimo a una concentración de 0,025M a 12 VDC en la cual no

se obtuvo gas de Brown. Por esta razón se aumentó la concentración a 0,05M a

12VDC, siendo este el punto de partida.

Tabla 2. Ensayos preliminares de concentración del electrólito.

E=12 VDC

t, (min) XNaOH, (M) I, (A) Vgas, (L)

1

0,025 7,7 0

0,05 12 0,14

0,1 17,5 0,3

0,3 32,3 0,698

0,5 33,9 0,79

1 52 0,82

2,725 80 1,6

Dónde:

E: Voltaje, (VDC).

t: Tiempo de recolección del gas, (min).

38

XNaOH: Concentración de electrólito, (M).

I: Intensidad de corriente, (A).

Vgas: Volumen experimental de gas de Brown, (L).

Figura 6. Volumen de gas de Brown obtenido en función de la concentración de

electrólito (solución de NaOH).

Figura 7. Intensidad de corriente en función de la concentración de electrólito

(solución de NaOH).

Como se observa en la figura 6, mientras aumenta la concentración de electrólito

(solución de NaOH) se incrementa la producción de gas de Brown, y al observar la

figura 7, la concentración de electrólito también es proporcional al incremento de la

intensidad de corriente, al ser 80A muy elevado ocasionando problemas en la fuente

regulable de onda completa, se tomaron valores de concentración desde 0,05M hasta

1M, ya que con la concentración más baja 0,025M no se logra producir gas.

0

0,5

1

1,5

2

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Vg

as, (L

)

XNaOH, (M)

Vgas, (L)= f [XNaOH, (M)]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

I, (

A)

XNaOH, (M)

I, (A)= f [XNaOH, (M)]

39

2.1.3. Diagrama del Diseño Experimental.

Figura 8. Diagrama del Diseño Experimental

40

2.2. Sustancias Y Reactivos.

Hidróxido de sodio NaOH(s)

Agua H2O(l)

Ácido Clorhídrico HCl(l)

Fenolftaleína C20H14O4(s)

2.3. Materiales y Equipos.

Celda electrolítica Húmeda

Celda electrolítica Seca

Fuente regulable de onda completa R=(0,5-12)V A±0,1V

R=(0-200)A A±0,1A

Agilent 490 Micro-GC

Agilent 7820A

Probeta R=(0-100)ml A±1ml



Bureta R=(0-50)ml A±0,1ml

Matraz R=(0-500)ml A±100ml

Vaso de Precipitación R=(0-600)ml A±100ml




Balón de aforo V=50ml




Balanza R=(0-2000)g A±0,01g

Pipeta R=(0-10)ml A±0,1ml

Pipeta R=(0-2)ml A±0,02ml

Micropipeta R=(0-1)ml A±0,25ml

Pera

Pizeta

Cronómetro

A±0,01s

Bomba de vacío de diafragma R=(0-100)kPa A±5kPa

41

Bala de muestreo de gases V=500mL

Multímetro R=(0-1000)VDC A±0,01VDC

R=(0-20)A A±0,01A

Termómetro R=(0-300)°C A±0,1°C

Pirómetro infrarrojo R=(0-1000)°C A±0,1°C

pH-metro R=(0-14)

Soporte Universal

Jeringa de plástico V=3mL

2.4. Procedimiento de obtención de gas de Brown.

Se utilizó el método electroquímico de electrólisis del agua, para lo cual se establece el

siguiente procedimiento:

2.4.1. Preparación de Reactivos. Para la preparación de la solución de hidróxido de

sodio, se realizó el cálculo previo del peso de hidróxido de sodio necesario para

obtener las concentraciones establecidas en la Tabla 11. Los cálculos de peso del

reactivo se detallan en la sección 4.1.

Se pesó en la balanza el hidróxido de sodio necesario, y se aforó con agua destilada a

1000ml. Esta solución se la coloca en la celda electrolítica respectiva.

2.4.2. Preparación del Sistema. Se conectó la celda a la fuente regulable de onda

completa verificando la polaridad tanto de la celda como de la fuente. La fuente se

conectó a la red de alimentación de 110VAC, se encendió el interruptor y se procede a

regular al voltaje requerido. Seguir el procedimiento de seguridad ver Anexo 27.

2.4.3. Obtención del Gas. Puesto en marcha el sistema se empezó a registrar datos

de tiempo y volumen. Para cuantificar el volumen de gas se utilizó el método de

desplazamiento de agua, el cual consiste en llenar una cuba con agua e introducir una

probeta invertida, se coloca la manguera de salida de gas dentro de la probeta y a

medida que sale el gas este desplaza el agua y se observa el volumen en la probeta

graduada. Dependiendo del volumen de gas se estableció el intervalo de tiempo en los

cuales también se midió la temperatura de la celda. El tiempo total de operación fue de

30 minutos para cada ensayo, concluido el ensayo se midió el volumen final del

electrólito.

42

2.5. Análisis del electrólito después del proceso de electrólisis.

Se utilizó el método de titulación ácido-base, para este análisis cuantitativo se procede

de la siguiente manera:

a) Preparación de la solución titulante. Para la preparación de la solución de ácido

clorhídrico, se realizó el cálculo previo del volumen de ácido clorhídrico necesario

para una concentración 1M. Los cálculos del volumen del reactivo se detallan en

la sección 4.2.1.

b) En la campana, se tomó el volumen requerido y se aforó con agua destilada a

250ml, y se colocó en la bureta de 50ml.

c) Después del proceso de electrólisis se tomó una muestra de 50ml y se añadió una

gota de fenolftaleína.

d) Se procedió a la titulación hasta el cambio de coloración a pH=8,2 y se registró el

volumen de ácido clorhídrico consumido, para determinar la nueva concentración

del electrólito.

2.6. Análisis del agua en el burbujeador.

a) Se tomó una muestra de agua del burbujeador (50mL) a la cual se añadieron dos

gotas de fenolftaleína. Al no evidenciar el cambio de color se descartó la

presencia de electrólito.

b) En el burbujeador se midió el pH del agua y se obtuvo el valor de un pH=7.

2.7. Análisis del gas obtenido.

2.7.1. Prueba de explosividad.

a) Se realizó la prueba de explosividad en un lugar sin corriente de aire, teniendo en

cuenta las medidas de seguridad apropiadas ver Anexo 27.

b) Se recogió el gas mediante desplazamiento de agua en una botella, una vez llena

la cerramos para que no haya fugas.

c) Se destapó la botella, se encendió un fosforo y se puso en contacto con el gas.

d) Ver resultados en el Anexo 20.

43

2.7.2. Análisis en el cromatógrafo de gases Agilent 490 Micro-GC.

a) Para la recolección del gas, se realizó un análisis previo de datos, en los cuales se

tomaron valores de concentración (valor crítico, bajo y estable) y voltaje 12VDC.

b) Con una bomba de vacío se evacuó el aíre de las balas de muestreo de gases.

c) Se puso en funcionamiento el sistema hasta que el flujo volumétrico de salida de

gas de Brown sea estable.

d) Se conectó la bala de muestreo a la salida del gas de la celda respectiva.

e) Después de 5 minutos se abrió la válvula de la bala de muestreo para que

absorba el gas, transcurrido 5 minutos se cerró la válvula y se selló la bala de

muestreo, se etiquetó de acuerdo a las condiciones de trabajo.

f) Se caracterizó el gas en el cromatógrafo de gases Agilent 490 Micro-GC, del

INSTITUTO NACIONAL DE EFICIENCIA ENERGETICA Y ENERGIAS

RENOVABLES (INER). Los resultados obtenidos ver en el Anexo 21.

2.7.3. Análisis en el cromatógrafo de gases Agilent 7820A.

a) Se realizó el análisis para la celda electrolítica húmeda, con una concentración de

electrólito 0,3M y 12VDC.

b) Se adaptó un recolector de muestra, para lo cual se insertó una aguja de jeringa

para la salida del aire del tubo.

c) Se puso en funcionamiento el sistema hasta que el flujo volumétrico de salida de

gas de Brown sea estable.

d) Se llenó de gas una botella por desplazamiento de agua, se introdujo la aguja de

una jeringa para succionar el gas, se inyectó en el recolector de muestra, y se

selló con cinta adhesiva para evitar fugas.

e) Se analizó en el cromatógrafo de gases Agilent 7820A de la Facultad de

Ingeniería Química, los resultados obtenidos ver en el Anexo 23.

2.8. Limpieza de las celdas electrolíticas.

Concluido los ensayos se lavaron las celdas electrolíticas con agua destilada, para

eliminar los restos de electrólito y óxidos que se hayan formado. Evitando la corrosión

de los ejes roscados, tuercas, arandelas y demás accesorios.

44

3. DATOS EXPERIMENTALES

Tabla 3. Datos fisicoquímicos del Agua, T=18 (°C). (Perry, Cecil, & Perry, 2007)

Propiedad Valor

Símbolo H2O

Apariencia Incoloro

Densidad (Kg/m3) 998.448

Masa molar (g/mol) 18.015

Punto de fusión (°C) 0

Punto de ebullición a 1atm ( °C) 99,98

Calor especifico (cal/g) 1

Conductividad a pH=7(ohm-1 * cm-1) 0,05x10-6

Tabla 4. Densidad del agua a diferentes temperaturas a P=1atm. (Perry, Cecil, &

Perry, 2007)

Temperatura, °C Densidad, Kg/m3

18 998,595

19 998,405

20 998,204

Tabla 5. Datos fisicoquímicos del Hidróxido de sodio. (Perry, Cecil, & Perry,

2007)

Propiedad Valor

Símbolo NaOH

Apariencia Blanco

Densidad (g/cm3) 2,1

Masa molar (g/mol) 39,997

Punto de fusión (oC) 318,4

Punto de ebullición (oC) 1390

Solubilidad en agua a (20oC) 109g/100ml

45

Tabla 6. Datos fisicoquímicos del Ácido Clorhídrico. (Perry, Cecil, & Perry, 2007)

Propiedad Valor

Símbolo HCl

Apariencia Líquido levemente amarillo

Masa molecular (g/mol) 36,461

Densidad 1,189

Concentración 38%

Tabla 7. Datos Adicionales de los electrodos.

Descripción

Celda Electrolítica

húmeda

Celda Electrolítica

seca

Material de los electrodos Acero inoxidable 304 Acero inoxidable 304

Total de electrodos 21 21

Electrodos positivos 2 2

Electrodos negativos 3 3

Electrodos neutros 16 16

Volumen 1L 1L

Tabla 8. Datos adicionales para calcular: consumo de energía eléctrica y costo

de cada ensayo.

Descripción Valor

Factor de potencia o Cosϕ 0,9

Tarifa del kW-h en Quito, $ 0,08

Tabla 9. Condiciones Estándar en Quito.

Descripción Valor

Temperatura (°C) 18

Presión (atm) 0,72

Tabla 10. Constantes: Universal del gas ideal, Faraday y Avogadro.

Descripción Valor

Constante Universal del gas ideal R, (atm*L/mol*K) 0,08205

Número de Faraday F, (A*s) 96500

Número de Avogadro NA, (iones/mol) 6,022E23

46

4. CÁLCULOS

Concentración del electrólito

m q

j t

T

P

T

P

( ) ∗ AT

Área de contacto de los

electrodos con el electrólito

Flujo volumétrico teórico

de gas de Brown (HOH)

C P h

to ració

C N AY C $ Costo de operación CT TAL C N AY

Balance de moles del

electrólito (NaOH)

Na

Na

Rendimiento el proceso

Masa que migra a los

electrodos m q

j t

Caudal de iones H+ que

salen del reactor.

η

Consumo de Energía

Eléctrica

Figura 9. Algoritmo General de Cálculo.

47

4.1. Concentración del electrólito (NaOH).

4.1.1. Masa de hidróxido de sodio para diferentes concentraciones.

mNa P Na Na

(4)

Dónde:

mNa : Masa de hidróxido de sodio, (g).

P Na : Peso molecular de hidróxido de sodio, (g/mol).

Na

: Concentración molar de hidróxido de sodio, (M).

Cálculo Modelo:

mNa (g

mol) (

mol

Lsl )

mNa (g

Lsl )

Tabla 11. Masa de hidróxido de sodio para diferentes concentraciones.

N OHE

, (M) mNaOH, (gNaOH/Lsln)

0,05 2

0,1 4

0,3 12

0,5 20

1 40

2,725 109

4.2. Balance de moles del electrólito (NaOH).

Se realizó el balance de moles de la solución de hidróxido de sodio (electrólito) en el

reactor electroquímico, para asegurar que durante el proceso no se está consumiendo

el electrólito.

48

4.2.1. Preparación de la solución titulante (HCl).

4.2.1.1. Concentración molar de ácido clorhídrico al 38%p/p.

Cl

Cl

Dónde:

Cl

: Densidad de ácido clorhídrico, (Kg/L).

: Concentración molar de ácido clorhídrico al 38%(p/p), (M).

Cl: Peso Molecular de ácido clorhídrico, (g/mol).

: Pureza de ácido clorhídrico, (%p/p).

Cálculo modelo:

(

gL)

(gmol

)

( )

4.2.1.2. Volumen de ácido clorhídrico concentrado para preparar diferentes

concentraciones de ácido clorhídrico diluido.

Cl Cl

Dónde:

: Volumen de ácido clorhídrico al 38%(p/p), (ml).

: Concentración molar de ácido clorhídrico al 38%(p/p), (M).

Cl: Volumen final de la solución diluida de ácido clorhídrico, (ml).

Cl: Concentración deseada de la solución titulante (ácido clorhídrico), (M).

49

Cálculo modelo:

(ml) ( )

( )

(ml)

Tabla 12. Volumen de ácido clorhídrico para diferentes concentraciones.

XHCl, (M) VHCl, (ml) X1, (M) V1, (ml)

0,3 100 12,392 2,42

1 250 12,392 20,17

4.2.2. Concentración final de electrólito mediante titulación.

Cl g Na

Na

Na

Cl g

Na

Dónde:

g: Volumen de ácido clorhídrico consumido en la titulación, (ml).

Na

: Concentración final de la muestra de electrólito, (M).

Na : Volumen de muestra de electrólito a titular, (ml).

Cálculo modelo para la celda electrolítica húmeda a 12VDC y concentración de

electrólito inicial 0,05 M.

Na

( ) (ml)

(ml)

Na

( )

50

Tabla 13. Concentración final de electrólito mediante titulación, en la celda

electrolítica húmeda.

E, (VDC) XENaOH, (M) XHCl, (M) Vg, (ml) VNaOH, (ml) XS

NaOH, (M)

3

0,05 1 2,5 50 0,05

0,1 1 5,0 50 0,10

0,3 0,3 148,5 100 0,45

0,5 1 25,0 50 0,50

1,0 1 57,0 50 1,14

9

0,05 1 3,2 50 0,06

0,1 1 6,4 50 0,13

0,3 1 20,5 50 0,41

0,5 1 25,6 50 0,51

1,0 1 58,2 50 1,16

12

0,05 1 4,5 50 0,09

0,1 1 7,4 50 0,14

0,3 1 18,8 50 0,38

0,5 1 26,6 50 0,53

1,0 1 58,8 50 1,18

Tabla 14. Concentración final de electrólito mediante titulación, en la celda

electrolítica seca.

E, (VDC) XENaOH, (M) XHCl, (M) Vg, (ml) VNaOH, (ml) XS

NaOH, (M)

3

0,05 1 2,5 50 0,05

0,1 1 5,0 50 0,10

0,3 1 15,0 50 0,30

0,5 1 25,0 50 0,50

1,0 1 51,0 50 1,02

9

0,05 1 2,6 50 0,05

0,1 1 5,8 50 0,12

0,3 1 18,5 50 0,37

0,5 1 29,0 50 0,58

1,0 1 55,4 50 1,10

12

0,05 1 2,7 50 0,05

0,1 1 6,1 50 0,12

0,3 1 17,5 50 0,35

0,5 1 31,5 50 0,63

1,0 1 55,5 50 1,11

51

4.2.3. Balance de moles del electrólito.

Na

Na

Dónde:

Na : Entrada de moles de hidróxido de sodio (electrólito), (mol).

Na : Salida de moles de hidróxido de sodio (electrólito), (mol).

: Volumen de entrada de electrólito, (L).

Na

: Concentración de hidróxido de sodio en la entrada, (M).

: Volumen de salida de electrólito, (L).

Na

: Concentración de hidróxido de sodio en la salida, (M).

Cálculo modelo para la celda electrolítica húmeda a 0,05 (mol/L) (concentración de

electrólito) y 12 (VDC).

(L) ( ) (L) ( )

(mol) (mol)

Tabla 15. Balance de moles del electrólito que rige la ecuación E S, en la

celda electrolítica húmeda.

E, (VDC) VE, (L) XENaOH, (M) nE, (mol) VS, (L) XS

NaOH, (M) nS, (mol)

3

1 0,05 0,05 1 0,05 0,05

1 0,1 0,10 1 0,10 0,10

1 0,3 0,30 0,96 0,39 0,38

1 0,5 0,50 0,95 0,50 0,48

1 1,0 1,00 0,9 1,14 1,03

9

1 0,05 0,05 0,97 0,06 0,06

1 0,1 0,10 0,85 0,12 0,11

1 0,3 0,30 0,8 0,41 0,33

1 0,5 0,50 0,9 0,51 0,46

1 1,0 1,00 0,9 1,12 1,00

12

1 0,05 0,05 0,8 0,08 0,06

1 0,1 0,10 0,9 0,14 0,13

1 0,3 0,30 0,88 0,37 0,32

1 0,5 0,50 0,95 0,53 0,50

1 1,0 1,00 0,99 1,14 1,12

52

Tabla 16. Balance de moles del electrólito que rige la ecuación E S en la celda


E, (VDC) VE, (L) XENaOH, (M) nE, (mol) VS, (L) XS

NaOH, (M) nS, (mol)

3

0,7 0,05 0,04 0,70 0,05 0,04

0,7 0,1 0,07 0,70 0,10 0,07

0,7 0,3 0,21 0,66 0,30 0,20

0,7 0,5 0,35 0,69 0,50 0,34

0,7 1,0 0,70 0,65 1,02 0,70

9

0,7 0,05 0,04 0,67 0,05 0,04

0,7 0,1 0,07 0,60 0,12 0,07

0,7 0,3 0,21 0,56 0,37 0,21

0,7 0,5 0,35 0,60 0,58 0,35

0,7 1,0 0,70 0,60 1,11 0,67

12

0,7 0,05 0,04 0,60 0,05 0,03

0,7 0,1 0,07 0,60 0,12 0,07

0,7 0,3 0,21 0,60 0,35 0,21

0,7 0,5 0,35 0,60 0,63 0,38

0,7 1,0 0,70 0,60 1,11 0,67

4.3. Rendimiento del proceso.

Para calcular el rendimiento del proceso, se requiere conocer la producción teórica de

gas de Brown y la producción experimental de gas de Brown, para lo cual se procede

a realizar los siguientes cálculos:

4.3.1. Área de contacto de los electrodos con el electrólito. Se calculó el área de

los electrodos que se encuentran en contacto con el electrólito (solución de NaOH), en

cada celda electrolítica respectivamente.

4.3.1.1. Área de los electrodos de la celda electrolítica húmeda. En esta celda

electrolítica se debe tener en cuenta que los electrodos están totalmente sumergidos

en el electrólito. Los electrodos positivos y negativos tienen las mismas dimensiones, y

los electrodos neutros son de diferentes dimensiones.

53

a) Área de los electrodos positivo y negativo.

Figura 10. Dimensiones del electrodo positivo y negativo.

A ( )

A h

s h

s

AT A A A A

Dónde:

A : Área del círculo, (mm2).

: Radio, (mm).

A : Área de la media luna, (mm2).

h : Altura de la media luna, (mm).

s : Largo de la media luna, (mm).

AT : Área total del electrodo positivo y negativo, (mm2).

A : Área que tiene como radio 37,7mm, (mm2).


A : Área que tiene como radio 9mm, (mm2).

54

Cálculo modelo:

A mm

A mm

A mm

A mm

A mm)

A mm

A mm

mm mm

mm

A (mm )

AT ( )mm

AT (mm )

AT (m )

b) Área del electrodo neutro.

Figura 11. Dimensiones del electrodo neutro de la celda electrolítica húmeda.

55

Se utilizan las mismas ecuaciones del cálculo del área de los electrodos positivos y

negativos.

AT A A A

Dónde:

AT : Área total del electrodo neutro, (mm2).


A : Área que tiene como radio 9mm, (mm2).

A : Área de la media luna, (mm2).

Cálculo modelo:

AT mm (mm ) ( mm )

AT mm

AT m

c) Área total de cátodo (-) y ánodo (+).

Para calcular el área total del ánodo y cátodo se debe conocer que las celdas están

conectadas en paralelo (-NNNN+NNNN-NNNN+NNNN-). Se aplica una corriente en

los polos, de forma que el resto de placas (Neutras) se cargan positivamente en una

de sus cara y negativamente por otra, formándose gas hidrógeno en todas las caras

cargadas negativamente y gas oxígeno en todas las caras cargadas positivamente,

mezclándose los dos gases en el interior del reactor.

Figura 12. Electrodos cargados positivamente y negativamente.

56

AC AT NC AT N

AA AT NA AT N

Dónde:

AC : Área Total del cátodo en la celda electrolítica húmeda, (m2).

AT : Área total del electrodo positivo y negativo, (m2).

NC: Número de electrodos negativos.

AT : Área total del electrodo neutro, (m2).

N : Número de electrodos neutros.

AA : Área Total del ánodo en la celda electrolítica húmeda, (m2).

NA: Número de electrodos positivos o ánodos.

Cálculo modelo:

AC (m ) (m )

AC (m )

AA (m ) (m )

AA (m )

4.3.1.2. Área de los electrodos en la celda electrolítica seca. En esta celda

electrolítica se debe considerar que por la construcción el agua moja la misma área en

todos los electrodos, se procede a calcular de la siguiente manera:

57

a) Área de contacto con el electrólito.

Figura 13. Dimensiones del electrodo en contacto con el electrólito.

A A A

A C

C

T

N

Dónde:

A : Área en la que ocurre la electrólisis, (m2).

A : Área de contacto con el electrólito, (m2).

A : Área del orificio de radio 6,35mm, (m2).

C: Volumen en contacto con el electrólito, (m3).

: Volumen entre electrodos, (m3).

: Volumen del empaque o-ring, (m3).

Área de contacto con el

electrólito.

58

T: Volumen total alimentado a la celda, (m3).

N : Número de empaques o-ring.

: Radio interno del empaque o-ring, (m).

: Espesor del o-ring. (m).

Cálculo modelo:

( m) m

(m )

L

m

L

m

C (m )

m

C (m )

A

(m )

m

A m

A ( mm)

A mm

A m

A m m

A m

b) Área total de cátodo (-) y ánodo (+).

AC A NC

AA A NA

59

Dónde:

AA : Área total del cátodo en la celda electrolítica seca, (m2).

A : Área del electrodo en contacto con el electrólito, (m2).

NA: Número de electrodos positivos o ánodos.

AC : Área total del cátodo en la celda electrolítica seca, (m2).

NC: Número de electrodos negativos o cátodos.

Cálculo modelo:

AC (m )

AC (m )

AA (m )

AA (m )

Tabla 17. Áreas de contacto de cátodos (-) y ánodos (+).

Celda electrolítica Variable Dato Área total, m2

Húmeda AC1, (m

2) 0,06527 0,13054

AA1, (m2) 0,06527

Seca AC2, (m

2) 0,06328 0,12656

AA2, (m2) 0,06328

Los datos de la tabla 16 sirven para calcular la densidad de corriente, como se

muestra a continuación.

4.3.2. Densidad de corriente. La densidad de corriente es igual para el área del

cátodo y para el área del ánodo ya que se tiene la misma área en los electrodos

cargados negativamente y positivamente, este cálculo se lo realiza con datos de

intensidad de corriente experimentales.

60

j

A

A AC AA

A AC AA

Dónde:

j: Densidad de corriente, (A/m2).

: Intensidad de corriente, (A).

A : Área del cátodo y del ánodo en la celda electrolítica respectiva, (m2).

A : Área del cátodo y del ánodo en la celda electrolítica húmeda, (m2).

A : Área del cátodo y del ánodo en la celda electrolítica seca, (m2).

Cálculo modelo para la celda electrolítica húmeda a condiciones de 0,05 M y 12 VDC.

j A

(m )

j (A

m )

Tabla 18. Densidad de corriente en la celda electrolítica húmeda.

E, (VDC) XENaOH, (M) I, (A) j, (A/m2)

3

0,05 1,12 17,159

0,1 1,10 16,853

0,3 2,40 36,770

0,5 5,35 81,967

1,0 7,20 110,311

9

0,05 6,38 97,748

0,1 13,17 201,726

0,3 15,60 239,007

0,5 43,00 658,802

1,0 52,58 805,577

12

0,05 14,00 214,494

0,1 21,70 332,465

0,3 45,93 703,616

0,5 50,00 766,049

1,0 58,30 893,213

61

Tabla 19. Densidad de corriente en la celda electrolítica seca.

E, (VDC) XENaOH, (M) I, (A) j, (A/m2)

3

0,05 0,40 6,321

0,1 0,30 4,741

0,3 0,30 4,741

0,5 0,28 4,393

1,0 0,10 1,580

9

0,05 2,60 41,087

0,1 2,60 41,087

0,3 12,30 194,374

0,5 5,00 79,014

1,0 6,00 94,817

12

0,05 8,40 132,743

0,1 11,00 173,831

0,3 13,10 207,016

0,5 21,40 338,180

1,0 29,17 460,914

Los datos de densidad de corriente registrados en las tablas 17 y 18 para cada celda

electrolítica respectivamente, son necesarios para calcular la producción de gas de

Brown que se detalla a continuación:

4.3.3. Producción de gas de Brown. La producción de gas de Brown se calcula con

la primera Ley de Faraday y con ley del gas ideal, a partir de datos de tiempo y

densidad de corriente experimentales, estos datos fueron tomados cuando el flujo de

gas de Brown a la salida fue estable..

4.3.3.1. Flujo molar de hidrógeno que migra al cátodo.

m q j t

q

v

j

v

62

Dónde:

m : Masa de hidrógeno que migra al cátodo, (g/m2).

q: Equivalente químico, (g).

j: Densidad de corriente, (A/m2).

t: Tiempo en el cual el proceso es estable, (s).

: Constante de Faraday, (A*s).

: Peso molecular de hidrógeno, (g/mol).

v : Valencia del ión hidrógeno, ē ió .

: Flujo molar de hidrógeno, (mol/s*m2).

Cálculo modelo para la celda electrolítica húmeda a condiciones de 0,05M y 3VDC.

(

A

m )

(A s)

(mol

m s)

4.3.3.2. Flujo molar de oxígeno que migra al ánodo.

m q j t

q

v

j

v

Dónde:

m : Masa de oxígeno que migra al ánodo, (g).

q : Equivalente químico del oxígeno, (g).

: Peso molecular de oxígeno, (g/mol).

v : Valencia del ión o íg o ē ió .

: Generación de oxígeno, (mol/s).

63


(

A

m )

A s

(mol

m s)

Tabla 20. Flujo molar de hidrógeno y oxígeno en la celda electrolítica húmeda.

E, (VDC) XENaOH, (M) j, (A/m2) H , (mol/m2*s) O

, (mol/m2*s)

3

0,05 17,159 1,78E-04 8,89E-05

0,1 16,853 1,75E-04 8,73E-05

0,3 36,770 3,81E-04 1,91E-04

0,5 81,967 8,49E-04 4,25E-04

1 110,311 1,14E-03 5,72E-04

9

0,05 97,748 1,01E-03 5,06E-04

0,1 201,726 2,09E-03 1,05E-03

0,3 239,007 2,48E-03 1,24E-03

0,5 658,802 6,83E-03 3,41E-03

1 805,577 8,35E-03 4,17E-03

12

0,05 214,494 2,22E-03 1,11E-03

0,1 332,465 3,45E-03 1,72E-03

0,3 703,616 7,29E-03 3,65E-03

0,5 766,049 7,94E-03 3,97E-03

1 893,213 9,26E-03 4,63E-03

64

Tabla 21. Flujo molar de hidrógeno y oxígeno en la celda electrolítica seca.

E, (VDC) XENaOH, (M) j, (A/m2) H , (mol/m2*s) O

, (mol/m2*s)

3

0,05 6,321 6,55E-05 3,28E-05

0,1 4,741 4,91E-05 2,46E-05

0,3 4,741 4,91E-05 2,46E-05

0,5 4,393 4,55E-05 2,28E-05

1 1,580 1,64E-05 8,19E-06

9

0,05 41,087 4,26E-04 2,13E-04

0,1 41,087 4,26E-04 2,13E-04

0,3 194,374 2,01E-03 1,01E-03

0,5 79,014 8,19E-04 4,09E-04

1 94,817 9,83E-04 4,91E-04

12

0,05 132,743 1,38E-03 6,88E-04

0,1 173,831 1,80E-03 9,01E-04

0,3 207,016 2,15E-03 1,07E-03

0,5 338,180 3,50E-03 1,75E-03

1 460,914 4,78E-03 2,39E-03

Los datos de flujo molar de hidrógeno y oxígeno registrados en las tablas 19 y 20 de

cada celda electrolítica respectivamente, sirven para calcular el flujo volumétrico

teórico de gas de Brown que se detalla a continuación:

4.3.4. Flujo volumétrico teórico de gas de Brown. Se calcula el flujo volumétrico de

hidrógeno y oxígeno con la ecuación del gas ideal a condiciones ambientales (20°C y

0,72atm), para luego sumarlos y obtener el flujo volumétrico de gas de Brown.

T

P

T

P

( ) ∗ AT

65

Dónde:

: Flujo volumétrico de hidrógeno, (L/m2*s).

: Flujo volumétrico de oxígeno, (L/m2*s).

: Flujo volumétrico teórico de gas de Brown, (L/s).

: Flujo molar de hidrógeno generado, (mol/m2*s).

: Flujo molar de oxígeno generado, (mol/m2*s).

T: Temperatura del gas a la salida del burbujeador, (K).

P: Presión del gas a la salida del burbujeador, (atm).

: Constante Universal de los gases, (atm*L/mol*K).

AT: Área Total de la celda, (m2).


(mol

m s) (

atm Lmol

) ( )

(atm)

(

L

m s)

(mol

m s) (

atm Lmol

) ( )

(atm)

(

L

m s)

(

) (L

m s) (m )

(L

s)

66

Tabla 22. Flujo Volumétrico teórico de gas de Brown a condiciones ambientales

(20°C y 0,72atm), para la celda electrolítica húmeda.

E, (VDC) XENaOH, (M) H , (L/m2*s) O

, (L/m2*s) HOH , (L/m2*s) HOH , (L/s)

3

0,05 5,94E-03 2,97E-03 8,91E-03 0,0012

0,1 5,83E-03 2,92E-03 8,75E-03 0,0011

0,3 1,27E-02 6,36E-03 1,91E-02 0,0025

0,5 2,84E-02 1,42E-02 4,26E-02 0,0056

1 3,82E-02 1,91E-02 5,73E-02 0,0075

9

0,05 3,38E-02 1,69E-02 5,08E-02 0,0066

0,1 6,98E-02 3,49E-02 1,05E-01 0,0137

0,3 8,27E-02 4,14E-02 1,24E-01 0,0162

0,5 2,28E-01 1,14E-01 3,42E-01 0,0447

1 2,79E-01 1,39E-01 4,18E-01 0,0546

12

0,05 7,43E-02 3,71E-02 1,11E-01 0,0145

0,1 1,15E-01 5,75E-02 1,73E-01 0,0225

0,3 2,44E-01 1,22E-01 3,65E-01 0,0477

0,5 2,65E-01 1,33E-01 3,98E-01 0,0519

1 3,09E-01 1,55E-01 4,64E-01 0,0605

Tabla 23. Flujo Volumétrico teórico de gas de Brown a condiciones ambientales

(20°C y 0,72atm), para la celda electrolítica seca.

E, (VDC) XENaOH, (M) H , (L/m2*s) O

, (L/m2*s) HOH ,

(L/m2*s) HOH , (L/s)

3

0,05 0,0022 0,0011 0,0033 0,0004

0,1 0,0016 0,0008 0,0025 0,0003

0,3 0,0016 0,0008 0,0025 0,0003

0,5 0,0015 0,0008 0,0023 0,0003

1 0,0005 0,0003 0,0008 0,0001

9

0,05 0,0142 0,0071 0,0213 0,0027

0,1 0,0142 0,0071 0,0213 0,0027

0,3 0,0673 0,0336 0,1009 0,0128

0,5 0,0274 0,0137 0,0410 0,0052

1 0,0328 0,0164 0,0492 0,0062

12

0,05 0,0460 0,0230 0,0689 0,0087

0,1 0,0602 0,0301 0,0903 0,0114

0,3 0,0717 0,0358 0,1075 0,0136

0,5 0,1171 0,0585 0,1756 0,0222

1 0,1596 0,0798 0,2393 0,0303

Los datos de flujo volumétrico teórico de gas de Brown registrados en las tablas 21 y

22 de cada celda electrolítica respectivamente, sirven para calcular el rendimiento del

proceso que se detalla a continuación:

67

4.3.5. Cálculo del Rendimiento del proceso.

Dónde:

: Rendimiento del proceso, (%).

: Flujo volumétrico teórico de gas de Brown, (L/s).

: Flujo volumétrico experimental de gas de Brown, (L/s).


(

)

Tabla 24. Rendimiento del proceso que rige la ecuación R (

HOH ) , en la

celda electrolítica húmeda.

E, (VDC) XENaOH, (M) HOH , (L/s) , (L/s) R, (%)

3

0,05 0,0012 0,00E+00 0,00

0,1 0,0011 0,00E+00 0,00

0,3 0,0025 4,33E-04 17,39

0,5 0,0056 9,44E-04 17,00

1,0 0,0075 1,17E-03 15,60

9

0,05 0,0066 6,19E-05 0,93

0,1 0,0137 3,00E-03 21,94

0,3 0,0162 3,33E-03 20,57

0,5 0,0447 7,17E-03 16,05

1,0 0,0546 1,85E-02 33,91

12

0,05 0,0145 3,33E-03 22,93

0,1 0,0225 7,83E-03 34,76

0,3 0,0477 1,92E-02 40,32

0,5 0,0519 1,85E-02 35,66

1,0 0,0605 2,08E-02 34,41

68

Tabla 25. Rendimiento del proceso que rige la ecuación R (

HOH ) , en la

celda electrolítica seca.

E, (VDC) XENaOH, (M) HOH , (L/s) , (L/s) R, (%)

3

0,05 0,0004 0,0000 0,00

0,1 0,0003 0,0000 1,78

0,3 0,0003 0,0000 8,92

0,5 0,0003 0,0000 12,03

1,0 0,0001 0,0001 64,19

9

0,05 0,0027 0,0001 1,98

0,1 0,0027 0,0001 3,09

0,3 0,0128 0,0003 2,17

0,5 0,0052 0,0005 8,99

1,0 0,0062 0,0011 17,39

12

0,05 0,0087 0,0023 26,75

0,1 0,0114 0,0052 45,23

0,3 0,0136 0,0050 36,75

0,5 0,0222 0,0200 89,99

1,0 0,0303 0,0300 99,04

Los datos de rendimiento del proceso registrados en las tablas 23 y 24 nos indican que

la celda electrolítica seca tiene mejores resultados que la celda electrolítica húmeda.

4.4. Concentración teórica de hidrógeno.

Se partió de la ecuación de balance de masa de reactores electroquímicos, para luego

despejar la concentración de hidrógeno generado en el electrodo negativo (cátodo).

4.4.1. Balance de masa para el hidrógeno. Se realizó el balance de masa en

régimen permanente, es decir cuando el caudal volumétrico de salida del gas de

Brown se hace constante. Se realizó una gráfica modelo con los datos obtenidos

experimentalmente para la celda electrolítica húmeda a condiciones de 0,05M y 12VDC.

69

Figura 14. Caudal volumétrico de salida del gas de Brown en función del tiempo.

A medida que pasa el tiempo el caudal volumétrico de salida del gas de Brown

aumenta, pero en un intervalo de tiempo el caudal volumétrico de salida de gas de

Brown es el mismo (régimen permanente).

Tabla 26. Datos experimentales en régimen permanente del proceso en la celda


E, (VDC) XENaOH, (M) I, (A) t total estabilidad, (s) QS, (L/s)

12

0,05 14 780 0,0433

0,3 45,925 480 0,0769

1,0 58,30 300 0,1866

Tabla 27. Datos experimentales en régimen permanente del proceso en la celda


E, (VDC) XENaOH, (M) I, (A) t total estabilidad, (s) QS, (L/s)

12

0,05 8,40 1440 0,0560

0,3 13,10 500 0,0500

1,0 29,17 60 0,1800

Las condiciones obtenidas experimentalmente tanto en la celda electrolítica húmeda

como seca se observan en las figuras 25 y 26, los cuales sirven para calcular la

concentración de hidrógeno teórico.

0,0000

0,0005

0,0010

0,0015

0,0020

0,0025

0,0030

0,0035

0,0040

0,0045

0 500 1000 1500 2000

Q, (L

/s)

t, (s)

Q, (L/s) = f (t, s)

0,05M y12V

70

4.4.1.1. Caudal de iones H+ que entran al reactor electroquímico, (iones H+/s).

En 1L de H2O a 20°C hay 998,204g de H2O.

l ac ac

-

g

L mol

g mol io s

)

mol

io s

)

mol io s )

io s

L

4.4.1.2. Caudal de iones H+ transformados electroquímicamente en el reactor.

Reacción de Reducción.

A B

ac g

4.4.1.3. Caudal de iones H+ que salen del reactor electroquímico.

El caudal volumétrico que se toma para este cálculo es el que se obtuvo

experimentalmente y que se hace constante en un determinado tiempo. La

concentración de iones hidrógeno es el valor que se va a calcular.

4.4.1.4. Ecuación de balance de masa en el reactor electroquímico.

71

(

)

Dónde:

: Caudal volumétrico de entrada, (L/s).

: Concentración de iones de hidrógeno en la entrada, (iones/s).

: Caudal volumétrico de salida, (L/s).

: Concentración teórica de iones de hidrógeno en la salida, (iones/s).

: Intensidad de corriente, (A).

: Número de electrones transmitidos en la reacción de reducción, (iones-1).

: Constante de Faraday, (A*s).

Cálculo modelo:

(

L

s)

io s

L

(A)

(A s) (

L

s)

io s

L

mol

L

v v⁄

Tabla 28. Concentración teórica de hidrógeno que rige la ecuación

H

S ( E H

E-

I

F)

S , celda electrolítica húmeda.

E, (VDC)

XENaOH , (M)

E H E

,

(iones H+/s)

QS, (L/s)

I/η*F,

(ionesH+/s) H

S,

(ionesH+/L)

H

S,

(molH+/L)

12 0,05 6,11E+16 4,3E-02 3,63E-05 1,4E+18 1,641

0,3 9,93E+16 7,7E-02 1,19E-04 1,3E+18 1,502

1 1,59E+17 1,9E-01 1,51E-04 8,5E+17 0,991

72

Tabla 29. Concentración teórica de hidrógeno que rige la ecuación

H

S

( E H E

- I

F)

S, celda electrolítica seca.

E,

(VDC)

XENaOH ,

(M)

E H E

,

(iones H+/s)

QS,

(L/s)

I/η*F,

(ionesH+/s)

H

S,

(ionesH+/L)

H

S,

(molH+/L)

12

0,05 1,62E+16 5,6E-02 2,17E-05 2,9E+17 0,3371

0,3 4,67E+16 5,0E-02 3,39E-05 9,3E+17 1,0872

1 3,89E+17 1,8E-01 7,56E-05 2,2E+18 2,5168

4.5. Consumo de energía eléctrica.

Con la intensidad de corriente y el voltaje utilizado se determinó el consumo de

energía eléctrica y el costo que tendría cada ensayo.

4.5.1. Intensidad de la corriente eléctrica promedio que fluye por el circuito.

∑ i i

Dónde:

: Intensidad de la corriente eléctrica promedio que fluye por el circuito, (A).

i: Intensidad de corriente tomada en un intérvalo de tiempo, (A).

: Número de muestras.

Cálculo modelo a condiciones de 0,05M y 3VDC.

A

73

4.5.2. Potencia Activa o de consumo eléctrico.

P cos

Dónde:

P: Potencia activa o de consumo eléctrico, (W).

: Tensión aplicada en la celda, (VDC).

cos : alor d l factor d ot cia o cos o d “fi”.

Cálculo modelo a condiciones de 0,05M y 3VDC.

P DC A

P W

P kW

4.5.3. Precio de consumo eléctrico.

C P h

to ració

C N AY C tf (41)

CT TAL ∑C N AY (42)

Dónde:

C: Energía de consumo, (kW-h).

P: Potencia activa o de consumo eléctrico, (kW).

to ració : Tiempo total de funcionamiento de la celda, (h).

tf: Tarifa del kW-h en Quito, ($).

C N AY : Costo por ensayo, ($).

CT TAL: Costo Total, ($).

74


C kW h

h

C kW h

C N AY kW h $

C N AY $

Tabla 30. Costo de consumo eléctrico para la celda electrolítica húmeda.

XENaOH, (M)

E, (VDC) tTOTAL,

(h) I, (A) P, (W) P, (kW) Ec, (kW-h) CENSAYO, ($)

0,05

3 0,5 1,10 2,97 0,0030 0,0059 0,0005

9 0,5 6,42 51,98 0,0520 0,1040 0,0083

12 0,5 13,50 145,80 0,1458 0,2916 0,0233

0,1

3 0,5 1,10 2,97 0,0030 0,0059 0,0005

9 0,5 11,17 90,45 0,0905 0,1809 0,0145

12 0,5 22,48 242,82 0,2428 0,4856 0,0389

0,3

3 0,5 2,40 6,48 0,0065 0,0130 0,0010

9 0,5 13,70 110,97 0,1110 0,2219 0,0178

12 0,5 43,82 473,22 0,4732 0,9464 0,0757

0,5

3 0,5 5,35 14,45 0,0144 0,0289 0,0023

9 0,5 40,67 329,40 0,3294 0,6588 0,0527

12 0,1 42,36 457,49 0,4575 5,4899 0,4392

1

3 0,5 7,17 19,35 0,0194 0,0387 0,0031

9 0,1 48,86 395,77 0,3958 4,7492 0,3799

12 0,1 59,20 639,36 0,6394 7,6723 0,6138

6,3

20,8931 1,6714

75

Tabla 31. Costo de consumo eléctrico para la celda electrolítica seca.

XENaOH, (M)

E, (VDC) tTOTAL ,

(h) I, (A) P, (W) P, (kW) Ec, (kW-h) CENSAYO, ($)

0,05

3 0,5 0,30 0,81 0,0008 0,0016 0,0001

9 0,5 8,40 68,04 0,0680 0,1361 0,0109

12 0,5 8,40 90,72 0,0907 0,1814 0,0145

0,1

3 0,5 0,30 0,81 0,0008 0,0016 0,0001

9 0,5 2,60 21,06 0,0211 0,0421 0,0034

12 0,5 10,22 110,34 0,1103 0,2207 0,0177

0,3

3 0,5 0,30 0,81 0,0008 0,0016 0,0001

9 0,5 10,85 87,89 0,0879 0,1758 0,0141

12 0,5 13,50 145,80 0,1458 0,2916 0,0233

0,5

3 0,5 0,26 0,71 0,0007 0,0014 0,0001

9 0,5 5,00 40,50 0,0405 0,0810 0,0065

12 0,5 19,50 210,60 0,2106 0,4212 0,0337

1

3 0,5 0,10 0,27 0,0003 0,0005 0,0000

9 0,5 5,50 44,55 0,0446 0,0891 0,0071

12 0,5 27,67 298,80 0,2988 0,5976 0,0478

7,5

2,2434 0,1795

El costo de consumo eléctrico para cada ensayo tanto en la celda electrolítica húmeda

como seca se encuentran registrados en las tablas 29 y 30, la fila señalada de cada

celda electrolítica corresponde a condiciones estables del sistema.

76

5. RESULTADOS

5.1. Resultados experimentales.

Tabla 32. Resultados experimentales de la obtención de volumen de gas de

Brown, para la celda electrolítica húmeda.

XENaOH, (M) E, (VDC) t , (min) I, (A) Vgas, (L) T, (°C)

0,05

3

5 1 0 18

10 1 0 18

15 1 0 18

20 1,2 0 18

25 1,2 0 18

30 1,2 0 18

9

5 5,5 0 18

10 6,6 0 20

15 6,6 0 22

20 6,6 0 24

25 6,6 0 28

30 6,6 0,03 30

12

5 12 0,7 20

10 12 1,42 22

15 13 2,34 24

20 14 3,34 26

25 15 4,46 30

30 15 5,72 33

77

Tabla 32. Continuación.

XENaOH, (M) E, (VDC) t , (min) I,(A) Vgas, (L) T, (°C)

0,1

3

5 1,1 0,000 21

10 1,1 0,000 21

15 1,1 0,000 21

20 1,1 0,000 21

25 1,1 0,000 21

30 1,1 0,000 21

9

5 10,0 0,545 21

10 10,0 1,135 24

15 11,0 1,725 28

20 11,0 2,405 32

25 12,0 3,165 36

30 13,0 3,965 38

12

5 17,9 1,590 23

10 19,8 3,50 32

15 21,7 5,850 40

20 23,9 8,440 49

25 25,3 11,280 57

30 26,3 14,410 66

0,3

3

5 2,4 0,020 20

10 2,4 0,044 20

15 2,4 0,068 20

20 2,4 0,094 21

25 2,4 0,120 21

30 2,4 0,146 21

9

5 11,8 0,525 21

10 12,5 1,133 24

15 13,6 1,808 26

20 13,6 2,533 29

25 15,2 3,350 32

30 15,5 4,225 34

12

5 34,6 4,244 22

10 43,5 9,677 35

15 45,8 15,318 47

20 46,0 21,087 59

25 46,0 26,856 60

30 47,0 32,625 63

78



0,5

3

5 5,3 0,010 20

10 5,3 0,020 20

15 5,3 0,030 20

20 5,4 0,040 21

25 5,4 0,050 21

30 5,4 0,060 21

9

5 34,0 3,050 28

10 38,0 6,850 38

15 42,0 10,96 48

20 42,0 15,26 58

25 43,0 19,64 68

30 45,0 24,09 80

12

1 33,9 0,600 20

2 41,0 1,314 26

3 43,8 2,103 31

4 46,0 2,960 37

5 47,1 3,898 42

1

3

5 7,1 0,300 20

10 7,1 0,625 21

15 7,2 0,958 22

20 7,2 1,308 23

25 7,2 1,658 24

30 7,2 2,008 24

9

1 45,5 0,909 20

2 47,7 1,909 30

3 50,0 2,909 40

4 50,1 4,020 50

5 51,0 5,131 54

12

1 52,0 0,410 20

2 52,0 0,890 30

3 60,0 1,390 40

4 66,0 1,890 50

5 66,0 2,390 55

79

Tabla 33. Resultados experimentales de la obtención de volumen de gas de

Brown, para la celda electrolítica seca.


0,05

3

5 0,1 0,000 18,0

10 0,1 0,000 18,0

15 0,1 0,000 18,0

20 0,1 0,000 18,0

25 0,1 0,000 18,0

30 0,1 0,000 18,5

9

5 2,5 0,005 18,0

10 2,5 0,012 18,0

15 2,5 0,019 18,5

20 2,6 0,027 18,5

25 2,6 0,035 19,0

30 2,6 0,043 19,0

12

5 8,4 0,620 19,0

10 8,4 1,300 19,0

15 8,4 2,000 19,0

20 8,4 2,700 20,8

25 8,4 3,400 21,0

30 8,4 4,100 21,5

0,1

3

5 0,2 0,002 18,0

10 0,2 0,004 18,0

15 0,2 0,006 18,0

20 0,2 0,008 20,0

25 0,2 0,010 20,0

30 0,2 0,012 20,0

9

5 2,6 0,027 19,0

10 2,6 0,085 19,4

15 2,6 0,179 19,4

20 2,6 0,314 19,4

25 2,6 0,484 19,5

30 2,6 0,684 19,8

12

5 9,3 1,240 18,5

10 10 2,550 19,0

15 10 3,930 20,0

20 10 5,360 21,0

25 11 6,870 22,0

30 11 8,420 23,0

80



0,3

3

5 0,18 0,010 21,0

10 0,18 0,025 21,0

15 0,28 0,045 21,0

20 0,3 0,075 21,0

25 0,31 0,115 21,0

30 0,32 0,160 21,0

9

5 3,6 0,100 19,5

10 3,6 0,200 19,8

15 3,6 0,300 20,6

20 3,6 0,400 21,0

25 3,6 0,500 21,6

30 3,6 0,600 22,0

12

5 13 1,300 21,4

10 13 2,700 22,6

15 13 4,200 25,4

20 13 5,700 26,8

25 14 7,400 28,3

30 15 9,200 31,0

0,5

3

5 0,3 0,000 20,5

10 0,3 0,030 21,0

15 0,3 0,080 21,0

20 0,3 0,150 21,0

25 0,3 0,230 21,3

30 0,3 0,330 21,4

9

5 5 0,100 21,5

10 5 0,230 21,5

15 5 0,370 21,5

20 5 0,510 22,0

25 5 0,650 22,1

30 5 0,790 22,3

12

5 16 3,500 22,0

10 17 7,400 24,3

15 20 12,500 25,0

20 20 17,900 29,0

25 21 23,900 32,0

30 23 30,000 36,0

81



1

3

5 0,3 0,020 19

10 0,3 0,060 20

15 0,3 0,120 20

20 0,3 0,200 21

25 0,3 0,300 22

30 0,3 0,430 23

9

5 5,0 0,275 22

10 5,0 0,558 24

15 5,0 0,858 25

20 6,0 1,175 26

25 6,0 1,500 27

30 6,0 1,825 30

12

5 26 7,000 23

10 27 15,000 30

15 27 22,000 36

20 28 31,000 42

25 29 39,000 43

30 29 48,000 45

5.2. Variables en condiciones estables.

Tabla 34. Comparación de variables en condiciones estables.

Celda electrolítica húmeda

Celda electrolítica seca

XENaOH, (M) E, (VDC) t , (min) I, (A) Vexp, (L) T, (°C) I, (A) Vgas, (L) T, (°C)

0,05 12

5 12 0,70 20 8,4 0,62 19,0

10 12 1,42 22 8,4 1,30 20,0

15 13 2,34 24 8,4 2,00 20,0

20 14 3,34 26 8,4 2,70 20,8

25 15 4,46 30 8,4 3,40 21,0

30 15 5,72 33 8,4 4,10 22,0

A partir de la tabla 33 quedan identificadas las condiciones de operación (0,05M y

12VDC) en la que las celdas se encuentran estables, las siguientes tablas se

encuentran señaladas por fila con el fin de identificar datos a las condiciones antes

mencionadas.

82

Tabla 35. Resumen de condiciones de operación estables.

Variable de operación Celdas electrolítica

Húmeda Seca

Concentración de electrólito (XENaOH, M) 0,05 0,05

Voltaje (E, VDC) 12 12

Intensidad de corriente (I, A) 13,5 8,4

Área de trabajo (A, m2) 0,1305 0,1265

Temperatura (T, °C) 33 22

Tiempo de operación (t, min) 30 30

Volumen de gas (Vgas, L) 5,72 4,1

Resistencia (R1, Ω 0,89 1,43

La tabla 35 representa las condiciones de operación más significativas en las dos

celdas electrolíticas en las que los sistemas se mantienen estables.

5.3. Velocidad de producción.

Tabla 36. Comparación de la velocidad de producción en (mol/m2*s).

Celda electrolítica húmeda Celda electrolítica seca

E, (VDC)

XENaOH, (M) I, (A)

nH2, (mol/m2*s)

nO2, (mol/m2*s) I, (A)

nH2, (mol/m2*s)

nO2, (mol/m2*s)

3

0,05 1,12 1,8E-04 8,9E-05 0,40 6,6E-05 3,3E-05

0,1 1,10 1,7E-04 8,7E-05 0,30 4,9E-05 2,5E-05

0,3 2,40 3,8E-04 1,9E-04 0,30 4,9E-05 2,5E-05

0,5 5,35 8,5E-04 4,2E-04 0,28 4,6E-05 2,3E-05

1 7,20 1,1E-03 5,7E-04 0,10 1,6E-05 8,2E-06

9

0,05 6,38 1,0E-03 5,1E-04 2,60 4,3E-04 2,1E-04

0,1 13,17 2,1E-03 1,0E-03 2,60 4,3E-04 2,1E-04

0,3 15,60 2,5E-03 1,2E-03 12,30 2,0E-03 1,0E-03

0,5 43,00 6,8E-03 3,4E-03 5,00 8,2E-04 4,1E-04

1 52,58 8,3E-03 4,2E-03 6,00 9,8E-04 4,9E-04

12

0,05 14,00 2,2E-03 1,1E-03 8,40 1,4E-03 6,9E-04

0,1 21,70 3,4E-03 1,7E-03 11,00 1,8E-03 9,0E-04

0,3 45,93 7,3E-03 3,6E-03 13,10 2,1E-03 1,1E-03

0,5 50,00 7,9E-03 4,0E-03 21,40 3,5E-03 1,8E-03

1 58,30 9,3E-03 4,6E-03 29,17 4,8E-03 2,4E-03

La velocidad de producción de hidrógeno y oxígeno tanto para la celda electrolítica

húmeda como para la celda electrolítica seca está registrada en la tabla 34, en la cual

se observa que la celda electrolítica húmeda tiene mayor velocidad de producción,

esta comparación se encuentra señalada para las condiciones estables.

83

5.4. Resultados del rendimiento del proceso de cada celda electrolítica.

Figura 15. Rendimiento del proceso en función de voltaje para la celda

electrolítica húmeda y seca.

Figura 16. Rendimiento del proceso en función de la concentración del

electrólito para la celda electrolítica húmeda y seca.

En las figuras 15 y 16 se observa que el mayor rendimiento del proceso en la celda

electrolítica seca es a 12VDC con una concentración de electrólito de 1M, y para la

celda electrolítica húmeda el mejor rendimiento del proceso se da a condiciones de

12VDC y 0,3M.

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

3 9 12

R, (%

)

E, (VDC)

R, (%) = f[E, (VDC)]

CeldaElectrolíticaHúmeda

CeldaelectroíiticaSeca

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

0,0

5

0,1

0,3

0,5 1

0,0

5

0,1

0,3

0,5 1

0,0

5

0,1

0,3

0,5 1

R,%

XENaOH, M

R, (%) =f[XENaOH, (M)]

CeldaElectroliticaHúmeda

CeldaElectroliticaseca

84

5.5. Análisis del Gas de Brown.

Tabla 37. Concentración de hidrógeno y oxígeno proporcionados por el equipo

Agilent 490 micro-GC, celda electrolítica húmeda.

Réplica 1 Réplica 2

E, (VDC) XENaOH, (M) QS, L/s H2, %V/V O2,%V/V H2, %V/V O2,%V/V

12

0,05 0,003 11,533 1,91 14,576 2,013

0,3 0,019 14,988 2,005 18,188 2,131

1 0,021 1,228 1,811 10,24 2,042

Tabla 38. Concentración de hidrógeno y oxígeno proporcionados por el equipo

Agilent 490 micro-GC, celda electrolítica seca.

Réplica 1 Réplica 2

E, (VDC) XENaOH, (M) QS, L/s H2, %V/V O2,%V/V H2, %V/V O2,%V/V

12

0,05 0,003 18,586 2,094 23,005 2,227

0,3 0,005 21,592 2,178 20,294 2,15

1 0,03 27,889 2,348 12,819 2,003

En las tablas 35 y 36 se observan datos de concentración de hidrogeno y oxígeno en

%(v/v), estos datos fueron tomados a 12VDC a diferentes concentraciones de electrólito

(0,05M, 0,3M, 1M), y se analizaron en el equipo Agilent 490 micro-GC del INNER. Se

observa un porcentaje para cada elemento, la composición restante no está

identificada.

85

5.6. Comparación teórico- experimental de la concentración de hidrógeno

obtenido.

Tabla 39. Comparación de la concentración de hidrógeno en %V/V

experimentales vs teóricos obtenidos en la celda electrolítica húmeda.

E, (VDC) XENaOH, (M)

XSH2, (%V/V)

(Experimental) XSH2, (%V/V) (Teórico)

12

0,05 11,533 54,452

0,05 14,5760 54,452

0,3 14,9880 49,847

0,3 18,1880 49,847

1 1,2280 32,874

1 10,2400 32,874

Tabla 40. Comparación de la concentración de hidrógeno en %V/V

experimentales vs teóricos obtenidos en la celda electrolítica seca.

E, (VDC) XENaOH, (M)

XSH2, (%V/V)

(Experimental) XS

H2, (%V/V) (Teórico)

12

0,05 18,586 11,184

0,05 23,0050 11,184

0,3 21,5920 36,074

0,3 20,2940 36,074

1 27,8890 83,504

1 12,8190 83,504

En las tablas 37 y 38 se hace una comparación de la concentración teórica-

experimental de hidrógeno, en las cuales se observa que la concentración

experimental es mayor tanto para la celda electrolítica seca como para la celda


86

5.7. Resultados Estadística Descriptiva.

Se obtuvieron datos experimentales, los cuales se organizaron y representaron en

gráficos, para determinar las mejores condiciones de volumen de gas de Brown

obtenido.

5.7.1. Estadística Descriptiva para la celda electrolítica húmeda.

Tabla 41. Valores promedios a cada concentración de electrólito y 3VDC, celda


3 VDC

XENaOH, (M) t , (min) I,(A) Vgas, (L) T, (°C)

0,05 17,5 1,10 0,00 18,0

0,1 17,5 1,10 0,00 21,0

0,3 17,5 2,40 0,08 20,5

0,5 17,5 5,35 0,04 20,5

1,0 17,5 7,17 1,14 22,33

Figura 17. Volumen de gas en función de la concentración e intensidad de

corriente a 3VDC, para la celda electrolítica húmeda.

En la figura 17 se interpretan resultados a un voltaje de 3VDC, en la cual se observa

que a concentraciones de electrólito bajas no hay salida de gas de Brown, pero a

medida que aumenta la concentración de electrólito, aumenta la intensidad de

corriente, y también aumenta el volumen de gas de Brown producido.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0,05 0,1 0,3 0,5 1

Vg

as, (L

)

XENaOH, (M)

Vgas, (L) = f [XENaOH, (M)]

Volumen degas, (L)Intensidad,(A)

87

Tabla 42. Valores promedios de cada concentración de electrólito y 9VDC, celda


9VDC


0,05 17,5 6,42 0,03 23,67

0,1 17,5 11,17 2,16 29,83

0,3 17,5 13,70 2,26 27,67

0,5 17,5 40,67 13,31 53,33

1 3 48,86 2,98 38,80

Figura 18. Volumen del gas en función de la concentración de electrólito e

intensidad de corriente a 9VDC, en la celda electrolítica húmeda.


que a concentraciones de electrólito bajas la salida de gas de Brown es mínima, pero

a medida que aumenta la concentración de electrólito, aumenta la intensidad de

corriente, por ende también aumenta el volumen de gas de Brown producido. De

acuerdo a la tabla 40 se observa que a una concentración de electrólito mayor (1M),

aumenta la intensidad de corriente por consiguiente aumenta la temperatura,

ocasionando inestabilidad y disminuyendo el tiempo de recolección de gas.

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

0,05 0,1 0,3 0,5 1

Vg

as, (L

)

XENaOH, (M)


Volumen de gas,(L)

Intensidad, (A)

88

Tabla 43. Valores promedios de cada concentración de electrólito a 12VDC, celda


12VDC


0,05 17,5 13,50 3,00 25,83

0,1 17,5 22,48 7,51 44,50

0,3 17,5 43,82 18,30 47,67

0,5 3 42,36 2,18 31,20

1 3 59,20 1,39 39,00


intensidad de corriente a 12VDC, en la celda electrolítica húmeda.

En la figura 19 se interpretan resultados a un voltaje de 12VDC, en la cual se observa,

que a medida que aumenta la concentración de electrólito, aumenta la intensidad de

corriente, y que en una concentración de electrólito de 3M se obtiene un volumen

mayor de gas de Brown. En la tabla 41 se observa que a concentraciones de

electrólito mayor (0,5M y 1M), la intensidad de corriente aumenta por consiguiente

aumenta la temperatura, ocasionando inestabilidad y disminuyendo el tiempo de

recolección de gas.

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

0,05 0,1 0,3 0,5 1

Vg

as, (L

)

XENaOH, (M)


Volumen degas, (L)

Intensidad, (A)

89

Al analizar las tablas y las figuras para cada voltaje (3, 9,12) VDC, se tomaron

resultados con mayor producción de gas.

Tabla 44. Resultados con mayor producción de gas, en la celda electrolítica

húmeda.

E, (VDC) XENaOH, (M) t , (min) I,(A) Vgas, (L) T, (°C)

3 1 17,5 7,17 1,14 22,33

9 0,5 17,5 40,67 13,31 53,33

12 0,3 17,5 43,82 18,30 47,67

Figura 20. Volumen de gas en función de concentración de electrólito, voltaje e

intensidad de corriente, para la celda electrolítica húmeda.

En la figura 20 se observa que la mayor producción de gas de Brown se obtiene a las

siguientes condiciones: concentración de electrólito 0,3M, voltaje de 12VDC e

intensidad de corriente de 43,82A.

3

9 12

7,17

40,67

43,82

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

1 0,5 0,3

Vg

as, (L

)

XENaOH, (M)


Volumen delgas, (L)

Voltaje, (V)

90

5.7.2. Estadística Descriptiva para la celda electrolítica seca.



3VDC


0,05 17,5 0,10 0,00 18,08

0,1 17,5 0,20 0,01 19,00

0,3 17,5 0,24 0,07 21,00

0,5 17,5 0,27 0,14 21,03

1 17,5 0,30 0,19 20,83

Figura 21. Volumen de gas en función de la concentración e intensidad de

corriente a 3VDC, en la celda electrolítica seca.


que a la concentración de electrólito más baja no hay salida de gas de Brown, pero a

medida que aumenta la concentración de electrólito, aumenta la intensidad de

corriente, por ende también aumenta el volumen de gas de Brown producido.

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,05 0,1 0,3 0,5 1

Vg

as, (L

)

XENaOH , (M)

Vgas, (L)= f[XENaOH, (M)]

Volumen degas, (L)

Intensidad,(A)

91



9VDC


0,05 17,5 2,55 0,02 18,50

0,1 17,5 2,60 0,30 19,42

0,3 17,5 3,60 0,35 20,75

0,5 17,5 5,00 0,44 21,82

1 17,5 5,50 1,03 25,67


intensidad de corriente a 9VDC, en la celda electrolítica seca.




0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

0,05 0,1 0,3 0,5 1

Vg

as, (L

)

XENaOH, (M)

Vgas, (L)= f [XENaOH, (M)]

Volumen degas, (L)

Intensidad, (A)

92

Tabla 47. Valores promedios a cada concentración de electrólito a 12VDC, celda


12VDC


0,05 17,5 8,40 2,35 20,38

0,1 17,5 10,22 4,73 20,58

0,3 17,5 13,50 5,06 25,92

0,5 17,5 19,50 15,87 28,05

1 17,5 27,67 26,94 36,50


intensidad de corriente a 12VDC, en la celda electrolítica seca.




0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

0,05 0,1 0,3 0,5 1

Vg

as, (L

)

XENaOH, (M)

Vgas, (L)= f[XENaOH, (mol/L)]

Volumen de gas,(L)

Intensidad, (A)

93

Al analizar las tablas y las figuras, para cada voltaje (3, 9, 12) VDC se tomaron

resultados con mejor producción de gas.

Tabla 48. Resultados con mayor producción de gas, celda electrolítica seca.

E, (VDC) XE

NaOH, (M) t , (min) I, (A) Vgas,L T,°C

3 1 17,5 0,30 0,19 20,83

9 1 17,5 5,50 1,03 25,67

12 1 17,5 27,67 26,94 36,50

Figura 24. Volumen de gas en función de concentración, voltaje e intensidad de

corriente, en la celda electrolítica seca.

En la figura 24 se observa que la mayor producción de gas de Brown se obtiene a las

siguientes condiciones: concentración de electrólito 1M, voltaje de 12VDC e intensidad

de corriente de 27,67A.

3

9

12

0,30

5,50

27,67

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

1 1 1

Vg

as, (L

)

XENaOH, (M)

Vgas, (L)= f[XENaOH, (M)]

Volumen delgas, (L)

Voltaje, (V)

Intensidad, (A)

94

5.8. Concentración de electrólito en función de volumen de gas producido.

Tabla 49. Concentración de electrólito en función de volumen de gas producido

a 12VDC, para la celda electrolítica húmeda.

XENaOH, (M) t , (min) I, (A) Vgas, (L) T, (°C)

0,05 17,5 13,5 2,9966667 25,833333

0,1 17,5 22,483333 7,5116667 44,5

0,3 17,5 43,816667 18,301167 47,666667

Figura 25. Concentración de electrólito en función de volumen de gas obtenido

para la celda electrolítica húmeda.

Tabla 50. Concentración de electrólito en función de volumen de gas producido

a 12VDC, para la celda electrolítica seca.

XENaOH, (M) t , (min) I, (A) Vgas, (L) T, (°C)

0,05 17,5 8,40 2,35 20,38

0,1 17,5 10,22 4,73 20,58

0,3 17,5 13,50 5,06 25,92

0,5 17,5 19,50 15,87 28,05

1 17,5 27,67 26,94 36,50

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0 5 10 15 20

XE

NaO

H, (M

)

Vgas, (L)

XENaOH, (M)=f [Vgas, (L)]

Celdaelectroliticahúmeda a12V

95

Figura 26. Concentración de electrólito en función de volumen de gas obtenido

para la celda electrolítica seca.

En las figuras 25 y 26, se observa que se obtiene mayor cantidad de gas de Brown a

medida que aumenta la concentración de electrólito.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 5 10 15 20 25 30

XE

NaO

H,

(M)

Vgas, (L)

XENaOH, (M)= f [Vgas, (L)]

CeldaElectrolíticaseca a 12V

96

6. DISCUSIÓN

En las pruebas preliminares; se operaron, las celdas a 2,7M de concentración de

electrólito y se observó una caída de tensión en la fuente, ocasionando daños en

la misma. Esto demostró que existe un alto consumo de energía a

concentraciones elevadas. Las celdas construidas, así como cualquier equipo

necesita condiciones de concentración de electrólito, voltaje e intensidad de

corriente adecuadas para su funcionamiento. Para cada celda se obtuvieron datos

de concentración de electrólito y voltaje tomando en cuenta que la intensidad de

corriente es un factor clave porque mientras este aumenta también aumenta el

flujo volumétrico de gas y la temperatura, lo cual no es conveniente ya que se

puede obtener un flujo grande de gas; pero, conjuntamente se podría estar

obteniendo vapor de agua. Esto es lo que sucedió con la celda electrolítica

húmeda, a 1M de concentración de electrólito y 12VDC, que tan solo en 5 minutos

de operación la temperatura subió a 55°C.

La construcción de la celda electrolítica seca se la realizó para 1L de capacidad.

Por cuestiones de diseño no consentidas como las dimensiones de los electrodos,

y la distancia que debe quedar desde el empaque o-ring hasta los orificios de

salida del gas, no se utilizó toda el área disponible de los electrodos. La celda

requería que se dejara una cámara para recolección de gas y se usó parte del

volumen útil de la celda para este fin, por lo que necesariamente se introdujo el

electrólito en menor cantidad, disminuyendo el área de contacto de los electrodos.

Ambos tipos de celdas construidas tienen el mismo principio de funcionamiento,

pero al momento de operar a 0,05M y 12VDC la celda electrolítica seca tiene una

mayor estabilidad en variables como temperatura y flujo de gas, debido a que la

temperatura no sobrepasa los 22°C en 30min, por esta razón se tiene un mayor

tiempo de operación. Mientras que en la celda electrolítica húmeda se registra la

misma temperatura (22°C) en un tiempo de operación menor de 10min; sin

embargo, se obtiene una mayor cantidad de gas como se observa en la tabla 34.

La temperatura es una variable que afecta considerablemente el proceso,

obteniéndose mayor cantidad de vapor de agua y menor cantidad de gas de

Brown producido.

97

El proceso presentó dificultades en la medición del volumen del gas de salida,

debido a la alta tasa de producción de gas de Brown, evidenciando que al

aumentar la concentración del electrólito aumenta la intensidad de corriente por

consiguiente también aumenta el volumen de gas obtenido, por lo que la medición

del volumen de gas a concentraciones altas no fue medido de manera continua;

sino que, en determinados intervalos de tiempo, produciendose errores aleatorios.

En las tablas 39 y 40 se observa que la concentración %v/v de hidrógeno teórico

es mayor a la concentración %v/v de hidrógeno experimental, esto nos indica que

en el proceso hubo incremento de temperatura lo cual afecta en el proceso

obteniéndose mayor cantidad de vapor de agua, afectando el análisis en el equipo

micro-GC.

Como se observa en la tabla 37, a una concentración de electrólito 1M y 12VDC, la

concentración de hidrógeno es muy baja (1,228% v/v), no obstante en la réplica 2

da una mejor concentración de hidrógeno (10,24% v/v), y así con las demás

concentraciones, a diferencia de la concentración del oxígeno que en todos los

casos son similares a 2% v/v, evidenciando inconsistencias en los resultados

obtenidos.

En una tesis realizada en Ecuador; mediante un dispositivo electrolítico seco se

obtiene gas de Brown que es inyectado directamente en motores de combustión

interna, sin estimar un flujo experimental, solo se aproxima esto con cálculos

teóricos a condiciones de intensidad de corriente 12A, 60s, concentración de

electrólito (KOH) 0,36M y se obtiene un flujo teórico de 0,8L. A diferencia de éste

proyecto, se obtuvo experimentalmente a 12A, 60 y concentración de electrólito

(NaOH) 0,3M un flujo de 0,24L, por lo que está orientado a encontrar mejores

condiciones de operación para posteriormente implementarlo a un automóvil, sin

perjudicar el motor de combustión interna y estableciendo precedentes de

escalado.

98

7. CONCLUSIONES

La construcción de los dispositivos electroquímicos tanto la celda electrolítica seca

como la celda electrolítica húmeda, permitió obtener experimentalmente gas de

Brown, ver resultados de volumen de gas en las Tablas (31 y 32), corroborado

mediante el análisis realizado en el cromatógrafo de gases Agilent 490 Micro-GC

ver Anexo 21, y mediante la prueba de explosividad realizada en el laboratorio ver

Anexo 20.

En las pruebas preliminares (Figura 6): se observa que, la concentración del

electrólito (0,025-2,725) M, tiene directa influencia sobre la cantidad de gas de

Brown producido; al tener una curva creciente. Y en la Figura 7 se observa que al

aumentar la concentración de electrólito también aumenta considerablemente la

intensidad de corriente.

Con el análisis estadístico descriptivo se confirma que la producción máxima de

gas de Brown para la celda electrolítica húmeda fue de 18,3L con una

concentración de electrólito de 0,3M y para la celda electrolítica seca fue de

26,94L con una concentración de electrólito 1M, ambas a 12VDC. Ver tablas 44 y

48 respectivamente.

La celda electrolítica seca es más eficiente que la celda electrolítica húmeda, esto

se puede observar en las figuras 15 y 16, las cuales muestran que el rendimiento

de operación de la celda electrolítica seca es de 99,04% con las condiciones de

1M y 12 VDC. La celda electrolítica húmeda alcanza un rendimiento de 40,32% a

las condiciones de 0,3 M y 12VDC.

Las condiciones de operación en las dos celdas electrolíticas en las que los

sistemas se mantienen estables son: a 0,05M y 12VDC. En la celda electrolítica

húmeda con una intensidad de corriente promedio de 14A y área de trabajo

0,13054 m2, y en la celda electrolítica seca con una intensidad promedio de 8,4A

con área de trabajo de 0,12656 m2, ver resultados en la Tabla 35.

99

Al observar las tablas 30 y 31 se puede comprobar que la celda electrolítica

húmeda tiene mayor consumo energético (0,2916 kW-h a 0,05 M en un tiempo

total de operación de 0,5 h), por ende mayor costo $0,0233 obteniéndose un

volumen de 5,72L. Mientras que la celda electrolítica seca tiene menor consumo

energético (0,1814 kW-h) a las mismas condiciones de operación, con un costo de

$0,0145 y un volumen de gas de 4,1L; esto se debe, a que la oposición al paso de

la corriente eléctrica sist cia Ω es menor en la celda electrolítica húmeda.

La velocidad de producción del gas de Brown (mol/s*m2) es mayor en la celda

electrolítica húmeda, observar Tabla 36. Esto se debe a que hay mayor intensidad

de corriente, confirmado con la primera ley de Faraday la cual nos dice que la

masa depositada en los electrodos es directamente proporcional a la intensidad

de corriente por unidad de área.

A pesar de que se aplicó un voltaje y una concentración de electrólito igual a cada

celda electrolítica se obtuvo valores de intensidad de corriente totalmente

diferentes: 13,5A en la celda húmeda y 8,4A en la celda seca, esto se debe a que

el área de contacto en la celda electrolítica húmeda es mayor (0,13054m2) que en

la celda electrolítica seca (0,12656m2).

100

8. RECOMENDACIONES

A los equipos construidos hay que implementar un termopar, y un manómetro

para controlar las variables de temperatura y presión en tiempos reales y evitar la

inestabilidad del sistema.

Automatizar el proceso, para la alimentación de agua de manera continua, medir

el volumen de gas de forma permanente en cada intervalo de tiempo, obtener una

mayor cantidad de producto (gas de Brown), y disminuir errores aleatorios en el

proceso.

Determinar un nuevo rango de concentraciones de electrólito en las cuales el

sistema se mantenga cada vez más estable. Por lo que se deberá realizar un

nuevo estudio, con un análisis más estricto.

Al considerar varios factores técnicos, económicos, ambientales y de seguridad se

sugiere realizar una experimentación más detallada en una planta piloto y según

los resultados obtenidos poder llevar a escala industrial.

Realizar un estudio más minucioso para obtener mediante electrólisis de agua,

hidrógeno puro adicionando un proceso de separación por membrana.

Implementar un sistema de refrigeración debido a que el reactor no debe

sobrepasar el límite máximo superior de temperatura (30°C), evitando así daños

en la celda, garantizando la vida útil y mejorando la calidad del gas obtenido.

Encontrar parámetros adecuado en el cromatógrafo de gases para identificar y

cuantificar el gas de Brown, y comparar con la estequiometria mencionada en la

bibliografía: dos moles de hidrógeno y un mol de oxígeno.

101

CITAS BIBLIOGRÁFICAS

Alonso, M., & Acosta, V. (1984). Introducción a la Física. Bogotá: Cultural

Colombiana Ltda.

Card, R. (1990). Brown´s Gas- A Global Technological Breakthrough.

Extraordinary Science, 01-10.

Dias Vieira, V. G. (2011). Patente nº PI0802557-6 A2. Brasil.

Gaig Gómez, J. (2007). Patente nº 2286939. España.

González, M. (8 de Octubre de 2010). La Guía de Química. Recuperado el 24

de Mayo de 2017, de La Guía de Química:

http://quimica.laguia2000.com/enlaces-quimicos/electrólisis-del-agua

Gutiérrez Jodra, L. (2005). El Hidrógeno, combustible del futuro.

R.Acad.Cienc.Exact.Fis.Nat, 49-67.

Jiménez, E. H., & Jiménez Chacón, E. (2013). Hydrogen Strategic Complement

of Oil, Coal, Gas and Renewable Energy. SCIENCEDOMAIN International, 400-

419.

Lamberto, A., & Rubio, F. (1953). Electroquímica: Aplicaciones. Madrid:

Tecnos.

Lee, S. H., & Yoh, J. J. (2016). Investigation of hydrogen and electrolytic oxy-

hydrogen addition to propane flames using planar laser-induced fluorescence.

ScienceDirect, 593-600.

López, O. (7 de Abril de 2010). La Guía 2000. Recuperado el 27 de Junio de

2017, de La Guía 2000: http://quimica.laguia2000.com/general/celdas-

electroquimicas

102

Mantel, C. (1980). Ingeniería electroquímica. Barcelona: Reverté.

Nikhik, J., & Deepak, N. (2015). Onboard Production of Hydrogen Gas for

Power Generation. Journal of Research in Mechanical Engineering, 01-11.

P.N., R. (2001). Manufacturing technology: foundry, forming and welding. USA:

Tata McGraw-Hill Education.

Perry, R. H., Cecil, C. H., & Perry, J. H. (2007). Chemical Engineers Handbook.

New York: McGraw-Hill.

Pfenningera, S., & Keirsteada, J. (2015). ¿Renovables, nucleares o

combustibles fósiles? Escenarios para el sistema de energía de Gran Bretania

considerando costos, emisiones y seguridad energética. ScienceDirect, 83-93.

Pierre, M., & Sergey, G. (2013). Water Electrolysis Technologies.

ScienceDirect, 19-41.

Posso Rivera, F., & Sánchez Quezada, J. (2014). La Economía del Hidrógeno

en el Ecuador: oportunidades y bar. AVANCES EN CIENCIAS E

INGENIERÍAS, 17.

Rodriguez, L., & Delgado, A. (2015). Patente nº WO 2015115881 A1. México.

Romo Fernández, L., Guerrero Bote, V., & Moya Anegón, F. (2013). Análisis de

la producción científica española en energías renovables, sostenibilidad y

medio ambiente. ScienceDirect, 125-151.

Sa'ed A., M., & Ammar A., A.-R. (2011). Effect of HHO gas on combustion

emissions in gasoline engines. ELSEVIER, 5.

Shojaati, M., & Beibokhti, B. (2017). Characterization of 304/AISI 409 stainless

Steel joinnts using different filler material. ScienceDirect, 608-615.

Siniavskii, Y., Fedylov, A., Dli, M., & Borisov, V. (2016). Evaporador de vacío

con el generador electroquímico en celda de oxihidrogeno. ScienceDirect, 1-7.

Solís García, J. (2014). Hidrógeno y Energías Renovables. México: Trillas S.A.

Thakore, P. M. (2012). Patente nº WO2012049689 A2. India.

103

Vante, N. (2002). Electroquímica y Electrocatálisis. Buenos Aires: ISBN.

Wiseman, G. (2009). Brown´s Gas. USA: Eagle-Research. Inc.

104

BIBLIOGRAFÍA

Lamy, C. (2016). From hydrogen production by water electrolysis to its utilization in

a PEM fuel cell or in a SO fuel cell: Some considerations on the energy

efficiencies. ScienceDirect, 3, 1-11.

Juma, D. y Martínez Holguer, 2015. Diseño e instalación de un sistema de

alimentación gasolina – hho en el motor de combustión interna del vehículo

monoplaza tipo buggy del laboratorio de mecánica de patio de la ESPE extensión

Latacunga.

Cujilema, J. y Ramírez, C, 2011. Estudio e implementación de un sistema Dual

para optimizar la combustión de un motor Otto mediante el uso del gas de Brown

(HHO) (Tesis de pregrado). Universidad Politécnica Salesiana sede Cuenca.

Cuenca.

Durairaj, R., Shanker, J., Sivasankar, Dr. (2012). HHO Gas with Bio Diesel as a

Dual Fuel with Air preheating Technology. SciVerse ScienceDirect, 38(2012),

1112-1119.

Lee, S., Yoh, J. Investigation of hydrogen and electrolytic oxy-hydrogen addition to

Propane flames using planar laser-induced fluorescence. ScienceDirect,

183(2016), 593–600.

Sanae D., Rachid A., Abdelhak A., Naima B., Mohamed E., Kamal K. (2016).

Optimised hydrogen production by a photovoltaicelectrolysis system DC/DC

converter and water flow controller. ScienceDirect, 3(2016), 1-9.

M. Paidar, V. Fateev, K. Bouzek (2016). Historia de electrólisis de membrana, el

estado actual y la perspectiva. Sience Direct-ArticleChoise, 29, 737–756.

105

Smolinka, T., Tabu E., y Garche J. (2015). Producción de Hidrógeno a partir de

energías renovables y Almacenamiento de energía electroquímica de fuentes

renovables y la rejilla de equilibri. SienceDirect, 3, 103-128.

Cando H., Quelal H. (2012). Construcción y adaptación de un sistema generador

de gas hidrógeno para suministrarlo a un motor de combustión interna.

Universidad técnica del norte. Ibarra.

Zhihua Ch., Baochun F y Xiaohai J. (2006). Suppression effects of powder

suppressants on the explosions of oxyhydrogen gas. SienceDirect, 19 (2006) 648–

655.

AshuTufa, R., Rugiero, E., Chanda D., Hnàt, J., Baak W., Veerman, J.,

Fontananova, E., Di Profio, G., Drioli, E., Bouzek, K., Curcio, E. (2016). Salinity

gradient power-reverse electrodialysis and alkaline polymer electrolyte water

electrolysis for hydrogen production. Journal of Membrane Science, 514(2016),

155–164.

Alonso, M., Acosta, V. (1984). Introducción a la Física. Colombia: Cultura

Colombiana.

Vargas, L., Quiceno, C., Sanjuánes, C., (2000). Diseño y Construcción de un

generador prototipo de energía mediante paneles solares. Hidrógeno Celda de

Combustible. (Tesis). Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Bogotá,

Colombia.

Llorca, J. (2010). El hidrógeno y nuestro futuro energético. Barcelona: UPC.

Vante, N. (2002), Electroquímica y Electrocatálisis. Buenos Aires: ISBN 1-4135-

0100-1, de la edición virtual.

Contreras J., Scott J., Mendoza C., Espinal G., Zapata Z. (2008). Potencial de

algas verdes para la producción fotobiológica de hidrógeno. Instituto Tecnológico

de Santo Domingo, República Dominicana Ciencia y Sociedad, Vol. XXXIII, núm 3,

2008, 307-326.

106

García . “Dis ño y Co strucció d l ctrolizador d agua ara la

obt ció d o ihidróg o como gas combustibl ”. T sis r grado . stituto

Politécnico Nacional. Azcapotzalco, México.

Blanco, S. (2013). Producción de biohidrógeno a través de la fermentación oscura

de residuos- Revisión crítica (Maestría). Universidad Nacional de Colombia.

Bogotá, Colombia.

Perry, R., y Cecil H., y Perry J. (2007). Chemical Engineers' Handbook. New York:

8a. Ed, McGraw-Hill New York.

Coeuret, F. (1992). Introducción a la Ingeniería Electroquímica. España: 1a. Ed,

Reverté S.A.

107

ANEXOS

ANEXOS

108

ANEXO 1.

Ensamble de la celda electrolítica seca, medida en (mm).

110

ANEXO 2.

Electrodo positivo y negativo de la celda electrolítica seca, medidas en (mm).

112

ANEXO 3.

Placa neutra de la celda electrolítica seca, medidas en (mm).

114

ANEXO 4.

Soporte acrílico frontal de la celda electrolítica seca, medidas en (mm).

116

ANEXO 5.

Soporte acrílico posterior de la celda electrolítica seca, medida en (mm).

118

ANEXO 6.

Empaque o-ring de la celda electrolítica seca, medidas en (mm).

120

ANEXO 7.

Ensamble de la celda electrolítica húmeda, medida en (mm).

122

ANEXO 8.

Electrodo positivo y negativo de la celda electrolítica húmeda, medidas en (mm).

124

ANEXO 9.

Placa neutra de la celda electrolítica húmeda, medidas en (mm).

126

ANEXO 10.

Soporte acrílico inferior de la celda electrolítica húmeda, medida en (mm).

128

ANEXO 11.

Soporte acrílico superior de la celda electrolítica húmeda, medidas en (mm).

130

ANEXO 12.

Empaque o-ring para la celda electrolítica húmeda, medidas en (mm).

132

ANEXO 13.

Celda electrolítica seca.

1) Celda electrolítica seca.

2) Contenedor de electrólito.

1

2

133

ANEXO 14.

Celda electrolítica húmeda.

1) Celda electrolítica húmeda

2) Burbujeador

1

2

134

ANEXO 15.

Medición de temperatura en la celda electrolítica seca.

1) Celda electrolítica húmeda

2) Multímetro

3) Pirómetro

1

2

3

135

ANEXO 16.

Titulación ácido-base de una muestra de electrólito.

136

ANEXO 17.

Balas de muestreo de gas.

137

ANEXO 18.

Recolección de muestra de gas de la celda electrolítica húmeda.

1) Fuente regulable de onda completa.

2) Celda electrolítica húmeda.

3) Burbujeador.

4) Bala de muestreo de gas.

1

2

3

4

138

ANEXO 19,

Cromatógrafo de gases Agilent Technologies 7820ª GC- System.

139

ANEXO 20.

Prueba de explosividad.

140

ANEXO 21.

Resultados del Análisis de gas de Brown, realizado en el Instituto Nacional de

Eficiencia Energética y Energías Renovables (INNER).

141

ANEXO 22.

Características de la columna Molsieve 5A del cromatógrafo de gases Agilent

490 Micro-GC.

142

ANEXO 23.

Resultados de Análisis del gas en el cromatógrafo de gases.

Path,"File","Date Acquired","Sample","Misc"

D:\MassHunter\GCMS\1\methods\Brown.M\,"m1-1.D","25 Apr 2017 15:10 ","m1-1"," " Average of 1.092 to 7.098 min.:

m1-1.D\data.ms

M,g/mol Abundancia Molécula Abundancia de cada molécula %p/p

2 4,769

H2 13 0,275587166

2 2,041

2 3,603

2 2,694

3 3

3 1,583

3 4.275

3 116.664

4 43.465.254

8 0,275

12 0,045

13 5.611

13 10.151

14 2.390 N2 2.390 50,25940769

15 8

15 184

15 9

16 592 O2

1.521 31,98995716

16 929

17 134 OH

171 3,58877273

17 37

18 521 H2O 660 13,88627525

18 140

19 48

19 16

20 2

20 0,202

24 0,616

24 0,615

24 0,576

25 59

25 27

26 24

143

ANEXO 23.

Continuación.

M, g/mol Abundancia Molécula Abundancia de cada molécula %p/p

26 558 26 2 27 0,068 27 0,388 27 7 27 1.450 27 97 28 63.284.458 29 1.492.845 29 859.625 30 0,4 30 16.614 30 305.366 30 54.278 30 6.191 31 2.733 31 6.446.593 32 25.462.012 33 10.830 34 22.588 34 46.658 35 1.069 35 0,551 36 0,124 36 4.151 36 169.282 36 6.188 37 0,026 38 1.891 38 16.398 38 0,741 39 0,192 39 1.977 39 7.307 40 402,077 TOTAL 4.756 100,00

144

ANEXO 24.

Cromatograma.

145

ANEXO 25.

Informe de parámetros del método-MS.

146

ANEXO 26.

Parámetros del método.

147

Anexo 26.

Continuación.

148

ANEXO 27.

Normas de seguridad para obtener el gas de Brown.

SEGURIDAD.

Evaluación de Peligros:

Un método es utilizar el análisis de seguridad del trabajo existente para identificar los

peligros y determinar si se requiere el uso del EPP.

a. Realice una inspección del área de ensayos para identificar las fuentes de peligro para

trabajar con las celdas electrolíticas.

b. Observe las fuentes de peligro: movimiento, temperaturas extremas, fuentes químicas, y

fuentes eléctricas.

c. Agrupe los datos recopilados para preparar un análisis de los peligros.

d. Revise cada peligro y determine, el nivel de riesgo y la seriedad de lesiones potenciales

en el área.

e. Determine qué equipo de protección personal (EPP) está disponible y qué protección

ofrece.

g. Vuelva a evaluar el EPP en forma regular para determinar si el equipo proporciona la

protección adecuada.

f. Vuelva a evaluar la situación del laboratorio cuando sea necesario mediante la

identificación y evaluación de nuevos equipos.

SEGURIDAD DURANTE EL FUNCIONAMIENTO DE LAS CELDAS ELECTROLÍTICAS.

Colocar las celdas sobre un material aislante, ya que se va a trabajar con electricidad.

Al conectar las celdas a la fuente regulable de onda completa se debe verificar que la

fuente no esté conectada a la red de alimentación de 110VAC, una vez verificado se

procede a conectar primero el polo negativo, luego el positivo y por último la fuente

regulable de onda completa a la red de alimentación.

No tocar las partes activas de la fuente mientras está encendida, ni de las celdas

electrolíticas mientras está en funcionamiento.

El gas de Brown es explosivo, por lo que se debe evitar trabajar con mecheros,

encendedores y otros materiales que produzcan chispas, mientras está en funcionamiento

las celdas electrolíticas.

Mantener una ventilación adecuada, para que no haya acumulación de gas de Brown en el

laboratorio.

149

Anexo 27.

Continuación.

EQUIPO DE PROTECCION PERSONAL (EPP).

Reglas básicas para la selección y uso de los equipos de protección.

La seguridad comienza en las etapas más tempranas de planificación y diseño de

cada celda electrolítica.

El operador debe estar familiarizado con las propiedades físicas y químicas del

gas de Brown para evitar inconvenientes; y con el funcionamiento e instalación de

los equipos. Así como en el manejo de emergencias e incendios.

El uso del equipo de protección personal es indispensable en todo ensayo para

garantizar la seguridad e integridad física de las personas.

Ropa: Mandil para protegerse de derrames de reactivos.

Gafas de seguridad: gafas resistentes a impactos, necesarias para trabajos

donde exista riesgo de salpicadura, explosión o dispersión de fragmentos

Guantes: Al manipular ácidos y bases.

Mascarilla: son necesarias cuando se deba trabajar con gases tóxicos. En

particular, los estudiantes deberán usar mascarillas al momento de preparar las

soluciones,

Tapones auditivos/orejeras: para trabajar en condiciones de ruido.

Específicamente al encender el gas.

150

ANEXO 28.

Propiedades de los materiales utilizados en la construcción de las celdas

electrolíticas.

Material Propiedades Imagen

Electrodos

Acero inoxidable 304

Alta resistencia a la corrosión

Composición química Anexo 29.

Acrílico.

Láminas de polimetilmetacrilato.

Transparencia del 93%.

Alta resistencia al impacto.

Excelente aislante térmico.

No son afectados por

soluciones acuosas de la

mayoría de los productos

químicos de laboratorio, por

detergentes, limpiadores, ácidos

inorgánicos diluidos, álcalis e

hidrocarburos alifáticos.

Temperatura de fusión: 140 Co

Temp máx. de operación: 93 Co.

151

ANEXO 28.

Continuación.


Depósito y

Burbujeador

Capacidad: 2 L

• sist cia a gol s

extremadamente elevada

• Tra s ar t

• sist cia y rigid z

elevadas.

• l vada dur za.

• levada resistencia a la

deformación térmica.

• Bu as ro i dad s d

aislamiento eléctrico.

• l vada r sist cia a la

intemperie

• Alta r sist cia a rayos

UV.

• sist cia m dia a

sustancias químicas.

Tubo

PVC (Policloruro de Vinilo)

Material altamente

resistente y duradero.

Resistente a la corrosión, a

variaciones de temperatura

y resistente al hidróxido de

sodio. Impermeable a

gases y líquidos.

Resistente a la acción de

hongos y bacterias.

152

ANEXO 28.

Continuación.


Empaque

O-ring

Poliuretano

Forma toroide.

Resiste altas presiones y altas

temperaturas.

-Puede ser utilizado como sello

estático,

-Permite el sellado en todas las

direcciones, radial, axial u

oblicua.

-El fluido puede ser líquido o

gaseoso.

-En muchos casos permiten su

desarme y reutilización.

-Cierran en un amplio rango de

presiones, temperaturas y

tolerancias.

Temperatura máx. de operación:

149Co.

Eje

Roscado

Acero de transmisión 1018

El tipo de rosca, U.N.C, está

basada en la norma Din-352. El

diámetro del eje o del agujero se

mid ulgadas do d ”

equivale a 25,4 mm. Las crestas

forman entre sí un ángulo Las

crestas forman entre sí un

ángulo de 60º.

153

ANEXO 28.

Continuación.


Tuerca

Acero Inoxidable

Resistencia mecánica.

Arandela

Acero inoxidable

Las arandelas de presión,

actúan contrarrestando y

absorbiendo los efectos de

la expansión térmica al

mantener en todo momento

una precarga suficiente en

las tuercas y pernos de las

juntas de las conexiones

eléctricas.

154

ANEXO 28.

Continuación.


Adaptador

para

Mangueras

Polipropileno.

Material

termoplástico

anticorrosivo y

resistente a los rayos

ultravioleta, para una

mayor vida útil.

Conectores

macho d rosca ″

a espiga para la

manguera flexible.

Acople

Espiga manguera

bronce a macho

NPTF

Conexiones para

transporte de líquido

a bajas presiones

para conectar a

mangueras.

155

ANEXO 28.

Continuación.


Cabe

eléctrico

Calibre 6

Capacidad de conducción

de corriente a: 90oC es 105

A.

Cabe

eléctrico

Calibre 12

Capacidad de conducción

de corriente a: 90oC es 40

A.

Manguera

transparente

Tubo flexible reforzado con

hilo de poliéster para

presiones medias.

156

ANEXO 28.

Continuación.


Terminales

redondos

Terminal redondo de crimpado

RS Pro 313064VM, Aislado PVC,

Revestimiento de Estaño, M6,

Amarillo, 2.5mm² a 6mm²,

12AWG

Terminales

redondos

Tubular

Terminal redondo tubular RS Pro,

CT, No Aislado, Revestimiento de

Estaño, M6, 6mm² a 6mm²

Cinta aislante

Cinta aislante: HelaTape Flex

1000+ premium.

Cinta aislante de vinilo

autoadhesivo.

• c l t r dimi to y

durabilidad en un amplio rango de

temperatura de -18 ºC a +105 ºC

• utiliza ara aislar rot g r

fijar, mantener, marcar con

colores y mucho más.

• c l t r sist cia a la

abrasión, la humedad, los

agentes químicos, la corrosión y

la exposición a rayos UV.

• Aislami to léctrico rimario

para todo tipo de empalmes de

cables y alambres de hasta 1 Kv.

http://es.rs-online.com/web/p/terminales-redondos-de-crimpado/0534430/








157

ANEXO 28.

Continuación.


Tapón PVC (Policloruro de Vinilo)

Neplo PVC (Policloruro de Vinilo)

158

ANEXO 29.

Composición química del Acero Inoxidable 304. (Shojaati & Beibokhti, 2017)

universidad central del ecuador facultad de …€¦ · yo, marco vinicio rosero espÍn en calidad...

Documents