Producción de Oxihidrógeno
como AlternativaEnergética
Oxyhydrogen Production as an Energy Alternative
Marco Rosero
1,∗
, Humberto González
2,∗
, Patricia Ochoa
3,∗
, Magdalena Díaz
4,∗
, Edward Jiménez
5,∗
,
Cristina Castillo
6,∗
, Diego Chulde
7,†
, Ullrich Stahl
8,∗
∗
Grupo de Investigación e Ingeniería en Procesos Químicos, Físicos y Biológicos,
Universidad Central del Ecuador, Quito, Ecuador
†
Instituto de Investigación Geológico y Energético, Quito, Ecuador
Email:
1
mvrosero@uce.edu.ec,
2
hgonzalez@uce.edu.ec,
3
pochoa@uce.edu.ec,
4
madiaz@uce.edu.ec,
5
ehjimenez@uce.edu.ec,
6
cacastillof@uce.edu.ec,
7
diego.chulde@geoenergia.gob.ec,
8
ustahl@uce.edu.ec,
Resumen— El empleo de oxihidrógeno (HHO) en los moto-
res de combustión interna de gran potencia, mejora su desempe-
ño, en comparación con combustibles fósiles. El propósito de este
trabajo es mostrar el potencial de producción electroquímica de
HHO, así como el deterioro de sus electrodos. El proceso incluye el
uso de reactores electroquímicos de celdas húmedas y secas,
alimentadas con corriente continua. En este trabajo dichas celdas
emplean soluciones acuosas 0.3 M y 1 M de hidróxido de sodio
(NaOH) las cuales favorecen las reacciones de óxido reducción en
los electrodos. El gas generado se recolecta, su composición es
determinada por un equipo detector de gases portátil y se prueba
su poder de combustión. El deterioro de las celdas se analiza
identificando las variaciones físicas de los electrodos por
inspección visual. Se comprueba la producción de HHO con un
promedio de 1240 mililitros por minuto, con una relación 2:1 (H
2
/
O
2
).
Palabras Clave— Gas oxihidrógeno, Celdas electroquímicas,
Deterioro de electrodos.
Abstract— The use of oxyhydrogen (HHO) in high power
internal combustion engines improves their performance com-
pared to fossil fuels. The goal of this work is to show the potential
of electrochemical production of HHO as well as the deterioration
of its electrodes. The process involves the use of electrochemical
reactors with wet and dry cells design, fed with direct current. In
this work these cells used 0.3 M and 1 M aqueous solutions of
sodium hydroxide (NaOH) which help redox reactions at the
electrodes. The gas generated is collected, its composition is
determined by a portable gas detector equipment and its
combustion power is tested. The deterioration of the cells is
analyzed, identifying the physical variations of the electrodes by
visual inspection. HHO production is verified with an average of
1240 milliliters per minute, at a 2:1 ratio (H
2
/O
2
).
Keywords— Oxyhydrogen gas, Electrochemical cells, Deteri-
oration of electrodes.
I. INTRODUCCIÓN
Los requerimientos energéticos en la industria manufac-
turera y la demanda de motores estacionarios cada vez son
mayores debido al crecimiento poblacional. Este aumento
de consumo energético se refleja en la alta demanda de
combustibles fósiles lo cual incide en el aumento de la
contaminación global. Con la finalidad de reducir los niveles
de contaminación se analiza con más interés alternativas para
reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, a la par
de un mejor aprovechamiento del combustible. En este sentido,
el gas oxihidrógeno puede favorecer a la reducción de la
emisión de gases tóxicos al ambiente. La combustión con
hidrógeno contribuye a la reducción de las emisiones de
monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO
2
),
hidrocarburos (HC) y óxidos de nitrógeno (NO
x
). Este tipo de
combustión solo produce vapor de agua en presencia de
oxígeno puro (O
2
) y NO
x
cuando trabaja con aire y a
temperaturas de combustión adiabática altas [1]-[3].
Por tal razón se ha realizado investigaciones sobre alterna-
tivas para reducir el consumo de combustibles tradicionales,
incluso ser sustituidos en un futuro, siendo una, la adición
indirecta de gas oxihidrógeno (HHO) con el propósito de
aumentar el poder energético del combustible y reducir su
consumo. A este fin, en la literatura se ha evaluado el efecto de
la adición de gas oxihidrógeno por su elevado valor de poder
calórico evidenciado en la Tabla I, y se ha evaluado la adición
de HHO en la mezcla aire/combustible en un motor de
combustión interna de gasolina, como resultado se obtuvo la
reducción de un 36% de consumo de combustible [4].
El gas oxihidrógeno es una mezcla de hidrógeno (H
2
) y
oxígeno (O
2
) en una relación molar de 2 a 1 (H
2
/O
2
). Se
obtiene por métodos electroquímicos de la electrólisis del
agua, ocurriendo en los electrodos reacciones de óxido reduc-
ción (Ver ecuaciones 1, 2 y 3), siendo el oxígeno producido
simultáneamente como subproducto del hidrógeno [1]. Esta
mezcla puede ser quemada a presión y temperatura normal
cuando esta contiene un porcentaje entre el 4% y 94% de
hidrógeno, con una mínima energía de ignición necesaria de
20 micro julios [5].
La lógica de desarrollo de reactores electroquímicos es
indispensable en definir variables de proceso como: voltaje,
tiempo de proceso, concentración del electrolito, selección de
/ JULIO - DICIEMBRE 2021
Fecha de Recepción: 31/may/2021 Fecha de Aceptación: 30/jun/2021 DOI: 10.47187/perspectivas.vol3iss2.pp62-67.2021
Tabla I
PODER CALÓRICO INFERIOR (MJ/KG).
Sustancia Valor
120,00
47,13
46,60
43,44
42,60
26,95
22,73
20,09
Oxihidrógeno
Gas natural
GLP
Gasolina
Diesel bajo en azufre
Etanol
Carbón (base húmeda)
Metanol
Residuos forestales
15,40
electrodos, área de electrodos, entre otros. Estos reactores
pueden operar con celdas de tipo seca y húmedas, siendo
la principal diferencia el nivel de contacto de la sustancia
electrolítica con los electrodos [6], [7].
Reacción anódica:
4OH
−
(aq)
→ O
2(g)
+ 2H
2
O
(l)
+ 4e
−
(1)
Reacción catódica:
2H
2
O
(l)
+ 2e
−
→ H
2(g)
+ 2OH
−
(aq)
(2)
Reacción global:
2H
2
O
(l)
→ 2H
2(g)
+ O
2(g)
(3)
Cuando se usa metales como acero inoxidable A304 para los
electrodos de trabajo se debe considerar que: el hidrógeno
puede ingresar a la red metálica de acero intersticialmente
como hidrógeno monoatómico y la cantidad disuelta en la
estructura es directamente proporcional a la raíz cuadrada de la
densidad de corriente de carga catódica [8], por tal razón este
material puede sufrir daños estructurales por fragilización por
hidrógeno, si el contenido de hidrógeno en la superficie es alto
[9].
El oxihidrógeno no solo constituye un vector energético vi-
able como precursor de hidrógeno, sino que también representa
una forma de almacenamiento de energía. Esta tecnología se
encuentra aún en investigación, sin embargo, es una opción
que en un futuro no muy lejano tendrá aplicación tecnológica.
II. METODOLOGÍA
La investigación se realizó a partir de dos celdas electro-
químicas de 1 litro de capacidad y con potencial de generar
el oxihidrógeno (HHO). Como electrolito se usó una solución
de hidróxido de sodio (NaOH) 0.3 M para la celda húmeda
y 1 M para la celda seca [10]. Estos datos pertenecen a un
trabajo previo exploratorio, en el proyecto semilla fase 3b de
la Universidad Central del Ecuador, en el cual se determinó
la mejor concentración y voltaje para la producción de gas en
cada tipo de celda.
Para la medición de la concentración del gas de salida
obtenido, se usó el tren de medición del equipo NOVA serie
970P, según como se detalla en la Figura 1 en primera
instancia. Seguido del registro de datos, se recolectó el gas
y realizó la prueba cualitativa de explosividad.
Figura 1. Etapas del proceso de producción de Oxihidrogeno.
Ambos reactores electroquímicos de producción estaban
formados por cuatro celdas electrolíticas con conexiones
monopolares entre sus electrodos de trabajo, empleando
además 4 electrodos neutros en cada celda para incrementar
el área de contacto, para así aumentar la producción de gas
oxihidrógeno. El material seleccionado como electrodos neu-
tros y de trabajo fue acero inoxidable A304 de un milímetro
de espesor, la separación entre electrodos se consiguió usando
empaquetaduras.
A. Cuantificación de volumen generado de oxihidrógeno
La cuantificación de gas generado con cada tipo de celda
electroquímica se determinó mediante el método de desplaza-
miento de agua. Se empleó contenedores de volumen fijo y
registró el tiempo una vez desplazado todo el volumen del
recipiente. La cuantificación de volumen se realizó en
diferentes instancias de proceso de producción de gas. La
medición del caudal por desplazamiento de líquido en el
ingreso del gas es una variable que se registró como promedio
de las 10 pruebas, como se evidencia en la Tabla II.
B. Análisis de composición del gas producido
Los análisis de composición fueron realizados con un dis-
positivo de acondicionamiento del gas y un analizador portable
de gases de síntesis de marca NOVA. Se registró la presencia
de gases y porcentajes de referencia de producción para cada
reactor electroquímico de gas. El analizador emplea una celda
de conductividad térmica para H
2
y un sensor electroquímico
para medir niveles porcentuales de O
2
.
C. Prueba de explosividad
Una de las características del oxihidrógeno es su alta
explosividad, por lo cual se realizó una prueba cualitativa al
gas generado durante el proceso de óxido reducción en ambas
celdas. Esta prueba consistió en llenar un recipiente de agua y
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Figura 2. Prueba cualitativa de explosividad.
por desplazamiento de líquido se llenó de gas producido para
cada una de las celdas. Luego, el recipiente fue montado en
una lanzadera para realizar una ignición mediante un cerillo
en la boca de llenado. Una vez dada la ignición se detectaba
un fugaz resplandecer como el mostrado en la Figura 2, y un
estruendo de la implosión. El recipiente recibía esta fuerza y
era impulsado rápidamente hacia delante.
D. Registro de variaciones: intensidad de corriente y temper-
atura externa del reactor electroquímico
El registró de la variación de intensidad de corriente (A) fue
determinado con el uso de una pinza amperimétrica Fluke 376
durante todo el proceso de producción de gas. El registro de
temperatura externa fue registrada al inicio y final del proceso
con un termómetro infrarrojo en diferentes partes de los
reactores electroquímicos.
III. RESULTADOS
Durante la investigación se efectuaron diez pruebas de fun-
cionamiento para cada uno de los reactores electroquímicos,
de las cuales tres se efectuaron durante todo el proceso y
se registró los datos en función del tiempo correspondiente
a: porcentaje de H
2
y O
2
del producto gaseoso, intensidad
eléctrica necesaria para mantener la reacción y temperatura
externa del reactor electroquímico.
A. Funcionamiento de los reactores electroquímicos
El funcionamiento de los reactores electroquímicos se con-
troló a través del control de potencial eléctrico, registrando los
datos de variación de intensidad vs tiempo, evidenciando en
ambos escenarios un comportamiento creciente del requer-
imiento de corriente en función del tiempo, tal y como se
muestra en las Figuras 3 y 4 y evidenciando la confiabilidad de
medidas de corriente respecto al tiempo, como se observa en la
Figura 5.
Los flujos volumétricos evidencian la factibilidad de pro-
ducción de gas oxihidrógeno mediante el uso de reactores con
celdas tanto secas y húmedas, obteniéndose un flujo
representativo.
Figura 3. Intensidad vs tiempo en reactor de celda seca.
Figura 4. Intensidad vs tiempo en reactor de celda humeda.
B. Análisis de gas oxihidrógeno
Con el equipo NOVA se comprueba la presencia de H
2
/O
2
, y
se descarta la presencia de CO, CO
2
y CH
4
de acuerdo con
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Figura 5. Barras de error respecto al cambio de intensidad en el tiempo,
reactor de celda seca.
Tabla II
PROMEDIO DE FLUJO DE GAS.
Tipo celda Flujo gas, ml/s
Seca 21,30
Húmeda 13,10
Tabla III
PROMEDIO DE RELACIÓN MOLAR DE PRODUCCIÓN H
2
/O
2
.
Tiempo, min Celda seca Celda húmeda
5 1,17 0,68
15 1,57 0,80
25 1,76 0,88
35 1,89 1,01
45 1,96 1,09
53 1,95 1,19
Tabla IV
FLUJO DE PRODUCCIÓN DE OXIHIDROGENO, REACTOR DE CELDA SECA.
#
Volumen (ml) Tiempo (s) Flujo (ml/min)
1 620 31,12 1195,37
2 620 29,40 1265,31
3 620 30,00 1240,00
4 620 30,00 1240,00
5 620 30,30 1227,72
6 620 31,00 1200,00
7 620 29,40 1265,31
8 620 29,00 1282,76
9 620 29,70 1252,53
10 620 30,00 1240,00
Promedio 620 30,02 1240,33
Desviación estándar, flujo (ml/min)
27,89
el alcance los sensores de detección del equipo.
La producción de gas H
2
es superior al porcentaje de
producción de O
2
, para el reactor de celda seca (ver Figura
6), como para el reactor de celda húmeda (ver Figura 7).
Este resultado comprueba la relación molar de producción,
evidenciada en la ecuación 3. La relación porcentual de
composición con el avance del tiempo y estabilización del
tren de medición del equipo NOVA se visualiza en la Tabla
III, determinando una relación porcentual cercana a dos (2) en
Figura 6. Porcentaje de composición del gas producido en reactor de celda
seca.
Figura 7. Porcentaje de composición del gas producido en el reactor de celda
húmeda.
el reactor de celda seca.
C. Análisis de variación de temperatura en el reactor
Durante la producción de gas HHO en ambos reactores
electroquímicos se evidencia el incremento de temperatura
externa (Ver Figura 8), generando deterioro en la estructura
del reactor (contenedor de policarbonato), fragilización de
los electrodos en conjunto favorecida por la acumulación de
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65
Figura 8. Temperatura vs tiempo en el reactor de celda seca, para diferentes
variaciones de voltaje (V).
hidrógeno en la superficie de estos, a más de la evaporación del
medio acuoso lo cual conlleva el transporte de humedad en el
gas producido.
D. Análisis del estado final de los electrodos
El estado final de los electrodos (cátodos, ánodos y neutros)
evidencian deterioro generalizado, con incidencia de pequeños
huecos (pitting) en las placas con deterioro de la red cristalina
en la superficie. El reactor con celda húmeda, al final del
proceso fue desmontado y se analizó la estructura superficial
de cátodos (Ver Figura 9) y ánodos (Ver Figura 10), eviden-
ciándose un mayor deterioro de la picadura en la superficie del
cátodo en el cual se generaba hidrógeno. Además, se evidencia
sedimentación de color anaranjado, en el electrolito retirado al
final de cada proceso.
El funcionamiento de los electrodos después de estas inci-
dencias fue errático y disminuyo el caudal de producción de
gas y aumentando el consumo de corriente.
IV. CONCLUSIONES
La obtención de oxihidrógeno HHO mediante electrodos de
bajo costo es posible con caudales de gas significativos para el
reactor de celda seca de 1240 ml/min (ver Tabla IV), viable
para la implementación en motores de combustión interna. Se
comprueba la tendencia de una relación porcentual de
producción cercana a 2:1 para H
2
/O
2
, siendo esta relación
alcanzada prontamente en el reactor electroquímico de celda
seca. Dentro de las limitaciones encontradas están: el aumento
de la temperatura (máx. 62°C) durante todo el proceso, factor
Figura 9. Estado final del ánodo en el reactor de celda húmeda.
Figura 10. Estado final del cátodo en el reactor de celda húmeda.
importante debido a la acumulación de calor que generan los
dispositivos que puede provocar la evaporación de agua del
electrolito. En cuanto al deterioro de los electrodos las causas
pueden ser muchas; entre ellas, la incidencia en la interfase
electrodo-electrolito, de la pared de burbujas formada por los
diferentes gases en contacto con la superficie de los electrodos
y, la influencia de las reacciones indeseables con la formación
de subproductos como óxidos de hierro en corrosión por
dealeado potenciado por la fragilización de hidrógeno.
AGRADECIMIENTOS
Nos complace agradecer a la Dirección General de Inves-
tigación de la Universidad Central del Ecuador y al Instituto
de Investigación Geológico y Energético del Ecuador.
REFERENCIAS
[1] R. Nag, S. Shrivastava, Oxy-hydrogen fuel as supplement for gasoline
vihicles using dry cell generator, International Journal of Scientific &
Engineering Research, vol. 7, pp. 1139-1143, 2016.
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66
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Revista UIS Ingenierías, vol. 17, pp. 143-154, 2018.
[4] J. Barco, J. Durán, M. Mago, “Efecto de la adición de gas oxihidrógeno
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interna”, 3er. Congreso de Energía Sostenible, 2016.
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[8] Ulf, Kivisäkk, “Influence of hydrogen on corrosion and stress induced
cracking of stainless stell” Tesis doctoral, Royal Institute of Technology,
Sandviken, Suiza, 2010.
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[10] N. Coro, D. Escobar, “Método electroquímico para la obtención de gas
de Brown mediante celdas electrolíticas seca y húmeda” Bachelor degree
Tesis, Universidad Central del Ecuador, Quito , Ecuador, 2017.
/ JULIO - DICIEMBRE 2021
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