O aumento do preço dos recursos energéticos estimula a busca por tipos de combustível mais eficientes e baratos, inclusive no nível doméstico. Os artesãos mais entusiasmados são atraídos pelo hidrogênio, cujo valor calorífico é três vezes maior que o metano (38,8 kW versus 13,8 com 1 kg de substância). O método de extração em casa, ao que parece, é conhecido - a divisão da água por eletrólise. De fato, o problema é muito mais complicado. Nosso artigo tem 2 objetivos:
- analisar a questão de como fazer um gerador de hidrogênio com custos mínimos;
- considere usar um gerador de hidrogênio para aquecer uma casa particular, reabastecer um carro e como uma máquina de solda.
Breve parte teórica
O hidrogênio, também conhecido como hidrogênio, - o primeiro elemento da tabela periódica - é a substância gasosa mais leve e com alta atividade química. Durante a oxidação (isto é, combustão), emite uma quantidade enorme de calor, formando água comum. Caracterizamos as propriedades do elemento, projetando-as na forma de teses:
- A queima de hidrogênio é um processo ecológico, não são liberadas substâncias nocivas.
- Devido à sua atividade química, o gás livre não ocorre na Terra. Mas na composição da água suas reservas são inesgotáveis.
- O elemento é extraído na produção industrial por um método químico, por exemplo, no processo de gaseificação (pirólise) de carvão. Muitas vezes, um subproduto.
- Outra maneira de obter hidrogênio gasoso é a eletrólise da água na presença de catalisadores - platina e outras ligas caras.
- Uma simples mistura de gases hidrogênio + oxigênio (oxigênio) explode da menor faísca, liberando instantaneamente uma grande quantidade de energia.
Para referência. Os cientistas que primeiro separaram a molécula de água em hidrogênio e oxigênio chamaram a mistura gás explosivo por causa de sua tendência a explodir. Posteriormente, recebeu o nome gás de Brown (pelo nome do inventor) e foi designado pela fórmula hipotética das ONGs.
Pelo exposto, a seguinte conclusão sugere-se: 2 átomos de hidrogênio combinam-se facilmente com 1 átomo de oxigênio, mas são muito relutantes em se separar. A reação de oxidação química ocorre com a liberação direta de energia térmica, de acordo com a fórmula:
2H2 + O2 → 2H2O + Q (energia)
Aqui está um ponto importante que será útil para nós em uma análise mais aprofundada dos voos: o hidrogênio entra em reação espontânea a partir da ignição e o calor é liberado diretamente. Para separar uma molécula de água, será necessário gastar energia:
2H2O → 2H2 + O2 - Q
Esta é uma fórmula de reação eletrolítica que caracteriza o processo de separação da água, fornecendo eletricidade. Como colocar isso em prática e criar um gerador de hidrogênio com suas próprias mãos, consideraremos mais adiante.
Criação de protótipo
Para entender o que você está lidando, primeiro sugerimos montar o gerador de hidrogênio mais simples ao menor custo. O design de uma instalação caseira é mostrado no diagrama.
Em que consiste um eletrolisador primitivo:
- reator - recipiente de vidro ou plástico com paredes espessas;
- eletrodos de metal imersos em um reator com água e conectados a uma fonte de energia;
- o segundo tanque atua como um obturador de água;
- Tubos de escape de gás HHO.
Um ponto importante. A usina de hidrogênio eletrolítico opera apenas em corrente contínua. Portanto, use o adaptador CA, o carregador do carro ou a bateria como fonte de energia. Um alternador não funcionará.
O princípio de operação do eletrolisador é o seguinte:
- Dois eletrodos imersos em água são fornecidos com tensão, preferencialmente de uma fonte ajustável.Para melhorar a reação, um pouco de álcali ou ácido é adicionado ao recipiente (em casa - sal comum).
- Como resultado da reação de eletrólise, o hidrogênio será liberado do lado do cátodo conectado ao terminal “menos” e o oxigênio será gerado próximo ao ânodo.
- Misturando, ambos os gases através de um tubo entram em uma armadilha de água que executa duas funções: separar o vapor de água e impedir um flash no reator.
- A partir do segundo tanque, o gás explosivo do NNO é alimentado no queimador, onde é queimado para formar água.
Para fazer o design do gerador mostrado no diagrama com suas próprias mãos, você precisará de 2 garrafas de vidro com gargalos e tampas largas, um conta-gotas médico e duas dúzias de parafusos. Um conjunto completo de materiais é mostrado na foto.
Das ferramentas especiais, é necessária uma pistola de cola para selar as tampas de plástico. O procedimento de fabricação é simples:
- Torça as varas planas de madeira com parafusos autorroscantes, colocando as extremidades em direções diferentes. Solde as cabeças dos parafusos e conecte os fios - obtenha os futuros eletrodos.
- Faça um orifício na tampa, insira a caixa de corte do conta-gotas e os fios e sele os dois lados com uma pistola de cola.
- Coloque os eletrodos na garrafa e enrosque a tampa.
- Na segunda tampa, faça 2 furos, insira os tubos conta-gotas e enrosque-os em uma garrafa cheia de água pura.
Para iniciar o gerador de hidrogênio, despeje água salgada no reator e ligue a fonte de energia. O início da reação é marcado pelo aparecimento de bolhas de gás nos dois recipientes. Ajuste a tensão para o valor ideal e ative o gás marrom que sai da agulha do conta-gotas.
Sobre a célula de hidrogênio Meyer
Se você criou e testou o design descrito acima, queimando a chama no final da agulha, provavelmente notou que o desempenho da instalação é extremamente baixo. Para obter mais gás explosivo, é necessário criar um dispositivo mais sério, chamado célula de Stanley Meyer, em homenagem ao inventor.
O princípio de funcionamento da célula também se baseia na eletrólise, apenas o ânodo e o cátodo são feitos na forma de tubos inseridos um no outro. A tensão é fornecida pelo gerador de pulsos através de duas bobinas ressonantes, o que permite reduzir o consumo de corrente e aumentar a produtividade do gerador de hidrogênio. O circuito eletrônico do dispositivo é mostrado na figura:
Nota. Detalhes sobre a operação do esquema estão descritos no recurso http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
Para criar uma célula de Meyer, você precisará de:
- uma caixa cilíndrica de plástico ou acrílico, os artesãos costumam usar um filtro de água com tampa e bicos;
- tubos de aço inoxidável com 15 e 20 mm de diâmetro e 97 mm de comprimento;
- fios, isoladores.
Tubos à prova de corrosão são conectados à base do dielétrico, os fios conectados ao gerador são soldados a eles. A célula consiste em 9 ou 11 tubos colocados em uma caixa de plástico ou acrílico, como mostra a foto.
Os elementos são conectados de acordo com todos os esquemas conhecidos na Internet, que incluem uma unidade eletrônica, uma célula Meyer e uma trava de água (o nome técnico é o borbulhador). Por razões de segurança, o sistema está equipado com sensores para pressão crítica e nível de água. De acordo com as revisões dos artesãos do lar, essa instalação de hidrogênio consome uma corrente da ordem de 1 ampere a uma tensão de 12 V e tem desempenho suficiente, embora números exatos não estejam disponíveis.
Reator de placa
Um gerador de hidrogênio de alto desempenho capaz de garantir a operação de um queimador de gás é feito de placas de aço inoxidável medindo 15 x 10 cm, o número é de 30 a 70 peças. Os orifícios para apertar os pinos são perfurados neles, e um terminal para conectar o fio é cortado no canto.
Além da chapa metálica grau 316, você precisará comprar:
- Borracha de 4 mm de espessura resistente a álcalis;
- placas finais em plexiglass ou textolite;
- tirantes M10-14;
- válvula de retenção para aparelhos de solda a gás;
- filtro de água sob uma válvula de descarga;
- tubos de conexão de aço inoxidável corrugado;
- hidróxido de potássio em pó.
As placas devem ser montadas em uma única unidade, isoladas umas das outras com juntas de borracha com um recorte intermediário, conforme mostrado no desenho. Puxe o reator resultante firmemente com pregos e conecte-o aos bicos de eletrólitos. Este último vem de um recipiente separado equipado com uma tampa e válvulas de fechamento.
Nota. Contamos como fazer um eletrolisador do tipo fluxo (seco). É mais fácil fazer um reator com placas de imersão - você não precisa colocar juntas de borracha e a unidade montada é baixada para um recipiente selado com eletrólito.
A montagem subsequente de um gerador produtor de hidrogênio é realizada da mesma maneira, mas com diferenças:
- No invólucro do aparelho é acoplado um tanque para a preparação de eletrólito. Este último é uma solução de 7 a 15% de hidróxido de potássio em água.
- Em vez de água, um desoxidante - acetona ou solvente inorgânico - é derramado no "borbulhador".
- Uma válvula de retenção deve ser colocada na frente do queimador, caso contrário, quando o queimador de hidrogênio for desligado sem problemas, um golpe inverso quebrará as mangueiras e o "borbulhador".
É rentável obter hidrogênio em casa
A resposta a esta pergunta depende do escopo da mistura oxigênio-hidrogênio. Todos os desenhos e diagramas publicados por vários recursos online são projetados para produzir gás HHO para os seguintes propósitos:
- use hidrogênio como combustível para carros;
- queimar sem fumaça hidrogênio em caldeiras e fogões de aquecimento;
- aplicar para soldagem a gás.
O principal problema que elimina todas as vantagens do combustível hidrogênio: o custo da eletricidade para a liberação de matéria pura excede a quantidade de energia recebida por sua combustão. Qualquer que seja o argumento das teorias utópicas, a eficiência máxima do eletrolisador chega a 50%. Isso significa que 1 kW de calor consumiu 2 kW de eletricidade. O benefício é zero, até negativo.
Lembre-se de que escrevemos na primeira seção. O hidrogênio é um elemento muito ativo e reage com o oxigênio por si só, gerando muito calor. Tentando separar uma molécula de água estável, não podemos trazer energia diretamente para os átomos. A divisão é realizada por eletricidade, metade da qual é dissipada pelo aquecimento dos eletrodos, água, enrolamentos do transformador e assim por diante.
Informações importantes importantes. O calor específico da combustão de hidrogênio é três vezes maior que o do metano, mas - em massa. Se os compararmos em volume, ao queimar 1 m³ de hidrogênio, apenas 3,6 kW de energia térmica serão liberados em comparação com 11 kW de metano. Afinal, o hidrogênio é o elemento químico mais leve.
Agora considere o gás explosivo obtido por eletrólise em um gerador de hidrogênio caseiro como combustível para as necessidades acima:
- O preço final da instalação, a baixa produtividade e a eficiência tornam extremamente desvantajoso queimar hidrogênio para aquecer uma casa particular. É mais fácil colocar qualquer uma das caldeiras elétricas - RTE, indução ou eletrodo - do que “enrolar” o medidor com um eletrolisador.
- Para substituir 1 litro de gasolina por um carro, serão necessários 4.766 litros de hidrogênio puro ou 7.150 litros de gás detonador, um terço do qual é oxigênio. O inventor mais ruim da Internet ainda não criou um eletrolisador capaz de fornecer desempenho semelhante.
- Um aparelho de solda a gás que queima hidrogênio é mais compacto e mais leve que os cilindros com acetileno, propano e oxigênio. Além disso, a temperatura da chama de até 3000 ° C permite trabalhar com metais, o custo de obter combustível aqui não desempenha um papel especial.
Para referência. Para queimar hidrogênio em uma caldeira, é necessário redesenhar completamente a estrutura, pois um queimador de hidrogênio pode derreter qualquer aço.
Conclusão
O hidrogênio na composição do gás da ONG obtido a partir de um gerador de hidrogênio caseiro é útil para dois propósitos: experimentos e soldagem a gás.Mesmo se descartamos a baixa eficiência do eletrolisador e os custos de montagem com a eletricidade consumida, simplesmente não há produtividade suficiente para aquecer o edifício. Isso também se aplica ao motor a gasolina de um carro de passeio.