marcelo.eletrotecnico escreveu:Bem, vamos fazer então o cálculo usando o ar como base: Um motor 2.0 a cada volta vai encher, considerando uma eficiência volumétrica de 70%, 2,0L x 0,7 = 1,4 x 3000 (RPM) = 4200LPM. Se considerarmos que o hidrogênio é mais potente que a gasolina, vamos estabelecer um fuel ratio de 20/1 (20 partes de ar para cada parte de combustível). Então teríamos 4200/20 = 210LPM. Mas, se utilizarmos o HHO como um aditivo (assim como faço com a gasolina injetada ao GNV) ai seriam necessários somente de 5% a 10% do total, ou seja, de 10,5 a 21LPM. Esta quentidade (10LPM) é possível sim de ser produzida, utilizando cerca de 4 células de 33 placas, com uma corrente em torno de 50A no total. Corrija-me (com dados) quem discordar. Valeu !
Usar o ar admitido como base de cálculo é muito interessante, estimando ou sabendo o preenchimento do cilindro, dá para medir várias coisas. Vamos as medidas que você deixou:
3000RPMs, 70% de eficiência volumétrica, motor 2 litros. Eu acrescentaria que é um motor 4 tempos de 4 cilindros, vou me basear nesse. Como uma volta completa do virabrequim depende de duas descidas do pistão (queima), nesse caso serão 6000 descida de pistão (queimando), acompanhada de 6000 aspirações, 6000 compressões, 6000 exaustões, por minuto, para fazer os 3000RPMs.
Como tu colocou uma eficiência volumétrica de 70% (enchimento do cilindro com ar) e o motor é de 2 litros e 4 cilindros, tendo cada cilindro uma capacidade de ½ litro, a conta ficaria assim: (3000RPMs x 2) x (2 litros / 4 cilindros) x 70% eficiência volumétrica = 2100 litros de ar em 1 minuto aspirado.
Nota: Acho que tu colocou 2 litros em cada cilindro e esqueceu que são duas queimas para cada volta.
A gasolina é uma mistura que só podemos, por medição própria, saber o peso dela por litro, o resto fica uma verdadeira aproximação, já que existem várias combinações de elementos para fazê-la. Tudo isso para dizer que não achei uma especificação confiável para a gasolina que usamos e vou usar uma gasolina quase teórica, coisa de laboratório, ou uma gasolina feita só de moléculas de octano (C8H18). Essa gasolina libera 33,27Mj de energia na queima de 1 litro e pesa 700g o litro, ou 47,53kj/g.
O hidrogênio é uma substância pura e mesmo assim pode confundir na hora de obter o valor exato de quanta energia libera em sua queima, então vou pegar o valor que acho ser o mais correto para comparar com o que peguei para a gasolina laboratorial, que é 119,93 kj/g. Vale lembrar que 1 grama de gás hidrogênio a 30°C/1ATM ocupa 12,44 litros.
Se a gasolina é difícil saber sua composição real, o ar não é muito diferente, tem umidade, poluição e tem seu peso variável com a temperatura e pressão. Em mais uma tentativa de aproximação, direi que o ar seco e puro pesa 1.16g/litro, isso a 30°C/1ATM.
Em porções estequiométricas, a gasolina referida acima, gasta 2896g/ar (100Mol de ar) para cada 191,9g/gasolina, ou 15:1 de razão estequiométrica de ar/combustível. Note que isso para a gasolina laboratorial acima, a de verdade fica perto disso, mas com valor diferente. Pegando as outras informações já passadas, 2896g de ar são 2496 litros de ar; e 191,9g de gasolina são 274ml de gasolina.
Em porções estequiométricas, gás hidrogênio, gasta 2896g/ar (100Mol de ar) para cada 84g/gás hidrogênio, ou 34,5:1 de razão estequiométrica de ar/combustível. Pegando as outras informações já passadas, 2896g de ar são 2496 litros de ar; e 84g de gás hidrogênio (30°C/1ATM) são 1045litros.
Nota: Quando dizem que o hidrogênio é 2,5x mais potente que a gasolina, isso é em peso, nunca em volume, ou litros . (119,93kjg[hidrogênio] / 47,53kjg[gasolina])
Nesse ponto tu usou um “fuel ratio” de 20:1 no uso do hidrogênio, imagino que por comparação com os quase 15:1 da gasolina e diluindo um pouco em vista do hidrogênio ser supostamente mais poderoso que a gasolina. Tu ainda explicou que seria uma proporção de 20 partes de ar para 1 parte de combustível e isso em litros. Dois erros existem nessa conclusão: Primeiro porque o hidrogênio é mais poderoso que a gasolina em peso e não em volume (litros), segundo porque 15:1 para gasolina é um proporção estequiométrica entre ar/gasolina e não diluição da gasolina no ar para regular seu poder.
Se calcularmos a estequiometria entre ar/gás hidrogênio em volume, então são (2496litos ar / 1045 litros hidrogênio) = 2,4:1 e fazer 20:1 significa uma mistura bem magra de combustível. A suposta compensação de potência do hidrogênio/gasolina não é entre 15:1 para 20:1 e sim entre 2,4:1 para 20:1.
Se aspirarmos 2496 litros de ar e sua correspondente estequiométrica porção de 274ml de gasolina, teremos liberação de 9,12Mj. Para termos uma porção de mesma energia em gás hidrogênio precisaríamos de 76g de gás hidrogênio que ocupa 946 litros (30°C/1ATM). Como para cada litro de gás hidrogênio, estequiometricamente, precisamos de 2,4x de ar, então os 946 litros de hidrogênio precisaria de 2270 litros de ar para ser queimado, num total de 3217 litros.
Bem, (2496litros(ar) + 0,274litros(gasolina)= 2496,274) litros de mistura ar/combustível, contra (2270litros(ar) + 946litros(hidrogênio)= 3217) litros de mistura ar/combustível, dando uma proporção de (3217 / 2496,3)= 1,29x a mistura ar/gasolina mais potente que a mistura ar/hidrogênio.
Enfim, o argumento de colocar um “fuel rate” de 20 litros de ar para um litro de hidrogênio não se sustenta, então vou pensar na quantidade de gasolina que o teu motor consumiria e tentar uma igualdade energética com o hidrogênio, sem me preocupar com os RPMs e volumes usados no hidrogênio, somente energeticamente a quantidade de hidrogênio que equivaleria ao motor e consumo por você escolhido.
Minha conta:
3000RPMs, 70% de eficiência volumétrica, motor 2 litros, isso num motor 4 tempos e 4 cilindros.
Quantidade de ar admitida em 1 minuto:
(3000RPM x 2) x (2litros / 4cilindros) x 70% = 2100 litros de ar, que pesa (2100 x 1.16g)= 2436g de ar.
Com uma taxa de 15:1 de proporção estequiométrica com a gasolina, então preciso de 162,4g de gasolina, que libera (162,4g x 47,53kjg)= 7,72Mj de energia.
Com 119,93kj/g de energia no hidrogênio, então a proporção de 7,72Mj em hidrogênio é (7,72Mj / 119,93kjg)= 64,37g de hidrogênio.
Como 1g de gás hidrogênio ocupa 12,44 litros, então (12,44litros x 64,37g)= 801 litros de gás hidrogênio.
Como estamos comparando com geradores de HHO, que geram, tirando o vapor, 1/3 de oxigênio para cada 2/3 de hidrogênio, então 801 litros de hidrogênio estariam contidos em 1200 litros de HHO.