El aumento en el precio de los recursos energéticos estimula la búsqueda de tipos de combustible más eficientes y más baratos, incluso a nivel doméstico. Los artesanos más entusiastas se sienten atraídos por el hidrógeno, cuyo valor calorífico es tres veces mayor que el metano (38.8 kW versus 13.8 con 1 kg de sustancia). Al parecer, el método de extracción en el hogar es conocido: la división del agua por electrólisis. De hecho, el problema es mucho más complicado. Nuestro artículo tiene 2 objetivos:
- analizar la cuestión de cómo hacer un generador de hidrógeno con costos mínimos;
- considere usar un generador de hidrógeno para calentar una casa privada, repostar un automóvil y como máquina de soldar.
Breve parte teórica
El hidrógeno, también conocido como hidrógeno, el primer elemento de la tabla periódica, es la sustancia gaseosa más ligera con alta actividad química. Durante la oxidación (es decir, la combustión) emite una gran cantidad de calor, formando agua ordinaria. Caracterizamos las propiedades del elemento, diseñándolas en forma de tesis:
- La quema de hidrógeno es un proceso ecológico, no se liberan sustancias nocivas.
- Debido a la actividad química, el gas libre no ocurre en la Tierra. Pero en la composición del agua sus reservas son inagotables.
- El elemento se extrae en la producción industrial mediante un método químico, por ejemplo, en el proceso de gasificación (pirólisis) del carbón. A menudo es un subproducto.
- Otra forma de obtener hidrógeno gaseoso es la electrólisis del agua en presencia de catalizadores: platino y otras aleaciones costosas.
- Una simple mezcla de gases hidrógeno + oxígeno (oxígeno) explota desde la chispa más leve, liberando instantáneamente una gran cantidad de energía.
Para referencia. Los científicos que primero separaron la molécula de agua en hidrógeno y oxígeno llamaron a la mezcla gas explosivo debido a su tendencia a explotar. Posteriormente, recibió el nombre de gas de Brown (por el nombre del inventor) y fue designado por la fórmula hipotética de las ONG.
De lo anterior, se sugiere la siguiente conclusión: 2 átomos de hidrógeno se combinan fácilmente con 1 átomo de oxígeno, pero son muy reacios a separarse. La reacción de oxidación química procede con la liberación directa de energía térmica de acuerdo con la fórmula:
2H2 + O2 → 2H2O + Q (energía)
Aquí yace un punto importante que nos será útil en el análisis posterior de los vuelos: el hidrógeno entra en reacción espontáneamente por ignición y el calor se libera directamente. Para separar una molécula de agua, habrá que gastar energía:
2H2O → 2H2 + O2 - Q
Esta es una fórmula de reacción electrolítica que caracteriza el proceso de división del agua mediante la adición de electricidad. Cómo poner esto en práctica y hacer un generador de hidrógeno con sus propias manos, lo consideraremos más a fondo.
Creación de prototipos
Para hacerle entender con lo que está tratando, primero le sugerimos ensamblar el generador de hidrógeno más simple al menor costo. El diseño de una instalación casera se muestra en el diagrama.
En qué consiste un electrolizador primitivo:
- reactor - recipiente de vidrio o plástico con paredes gruesas;
- electrodos metálicos sumergidos en un reactor con agua y conectados a una fuente de energía;
- el segundo tanque actúa como un obturador de agua;
- Tubos de escape de gas HHO.
Un punto importante La unidad de hidrógeno electrolítico funciona solo con corriente continua. Por lo tanto, use el adaptador de CA, el cargador de automóvil o la batería como fuente de alimentación. Un alternador no funcionará.
El principio de funcionamiento del electrolizador es el siguiente:
- Dos electrodos sumergidos en agua reciben tensión, preferiblemente de una fuente ajustable.Para mejorar la reacción, se agrega un poco de álcali o ácido al recipiente (en casa, sal ordinaria).
- Como resultado de la reacción de electrólisis, se liberará hidrógeno desde el lado del cátodo conectado al terminal "negativo", y se generará oxígeno cerca del ánodo.
- Mezclando, ambos gases a través de un tubo entran en una trampa de agua que realiza 2 funciones: separar el vapor de agua y evitar un destello en el reactor.
- Desde el segundo tanque, el gas explosivo de NNO se alimenta al quemador, donde se quema para formar agua.
Para hacer el diseño del generador que se muestra en el diagrama con sus propias manos, necesitará 2 botellas de vidrio con cuellos y tapas anchas, un gotero médico y 2 docenas de tornillos. Un conjunto completo de materiales se muestra en la foto.
De las herramientas especiales, se requiere una pistola de pegamento para sellar las cubiertas de plástico. El procedimiento de fabricación es simple:
- Gire los palos planos de madera con tornillos autorroscantes, colocando sus extremos en diferentes direcciones. Suelde las cabezas de los tornillos y conecte los cables: obtenga los electrodos futuros.
- Haga un agujero en la cubierta, inserte la caja de corte del gotero y los cables allí, luego selle en ambos lados con una pistola de pegamento.
- Coloque los electrodos en la botella y atornille la tapa.
- En la segunda tapa, taladre 2 agujeros, inserte los tubos cuentagotas y atorníllelos a una botella llena de agua corriente.
Para encender el generador de hidrógeno, vierta agua con sal en el reactor y encienda la fuente de energía. El inicio de la reacción está marcado por la aparición de burbujas de gas en ambos recipientes. Ajuste el voltaje al valor óptimo y prende fuego al gas marrón que sale de la aguja del cuentagotas.
Sobre la celda de hidrógeno Meyer
Si realizó y probó el diseño descrito anteriormente, al quemar la llama al final de la aguja probablemente notó que el rendimiento de la instalación es extremadamente bajo. Para obtener más gas explosivo, debe hacer un dispositivo más serio, llamado la celda Stanley Meyer en honor del inventor.
El principio de funcionamiento de la celda también se basa en la electrólisis, solo el ánodo y el cátodo se hacen en forma de tubos insertados uno dentro del otro. El voltaje se suministra desde el generador de impulsos a través de dos bobinas resonantes, lo que permite reducir el consumo de corriente y aumentar la productividad del generador de hidrógeno. El circuito electrónico del dispositivo se muestra en la figura:
Nota. Los detalles sobre el funcionamiento del esquema se describen en el recurso http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
Para hacer una celda Meyer, necesitará:
- una caja cilíndrica de plástico o plexiglás; los artesanos a menudo usan un filtro de agua con tapa y boquillas;
- tubos de acero inoxidable con un diámetro de 15 y 20 mm, longitud 97 mm;
- cables, aislantes.
Los tubos a prueba de corrosión están unidos a la base del dieléctrico, los cables conectados al generador están soldados a ellos. La celda consta de 9 u 11 tubos colocados en una caja de plástico o plexiglás, como se muestra en la foto.
Los elementos están conectados de acuerdo con todos los esquemas conocidos en Internet, que incluyen una unidad electrónica, una celda Meyer y una cerradura de agua (el nombre técnico es el burbujeador). Por razones de seguridad, el sistema está equipado con sensores para presión crítica y nivel de agua. Según las revisiones de los artesanos del hogar, dicha instalación de hidrógeno consume una corriente del orden de 1 amperio a un voltaje de 12 V y tiene un rendimiento suficiente, aunque no se dispone de números exactos.
Reactor de placa
Un generador de hidrógeno de alto rendimiento capaz de garantizar el funcionamiento de un quemador de gas está hecho de placas de acero inoxidable que miden 15 x 10 cm, el número es de 30 a 70 piezas. Se perforan agujeros para apretar los pernos, y en la esquina se corta un terminal para conectar el cable.
Además de la chapa de grado 316, deberá comprar:
- Caucho de 4 mm de espesor resistente a los álcalis;
- placas finales hechas de plexiglás o textolita;
- tirantes M10-14;
- válvula de retención para aparatos de soldadura por gas;
- filtro de agua debajo de un hidrolock;
- tubos de conexión de acero inoxidable corrugado;
- hidróxido de potasio en forma de polvo.
Las placas deben ensamblarse en una sola unidad, aisladas entre sí con juntas de goma con un corte central, como se muestra en el dibujo. Tire firmemente del reactor resultante con espárragos y conéctelo a las boquillas de electrolitos. Este último proviene de un contenedor separado equipado con una tapa y válvulas de cierre.
Nota. Te decimos cómo hacer un electrolizador de flujo (seco). Es más fácil hacer un reactor con placas de inmersión: no es necesario colocar juntas de goma, y la unidad ensamblada se baja a un recipiente sellado con electrolito.
El montaje posterior de un generador productor de hidrógeno se realiza de la misma manera, pero con diferencias:
- En la carcasa del aparato se adjunta un tanque para la preparación de electrolitos. Este último es una solución al 7-15% de hidróxido de potasio en agua.
- En lugar de agua, se vierte en el "burbujeador" un llamado desoxidante (acetona o un solvente inorgánico).
- Se debe colocar una válvula de retención frente al quemador, de lo contrario, cuando el quemador de hidrógeno se apaga suavemente, un golpe inverso romperá las mangueras y el "burbujeador".
¿Es rentable obtener hidrógeno en casa?
La respuesta a esta pregunta depende del alcance de la mezcla de oxígeno e hidrógeno. Todos los dibujos y diagramas publicados por varios recursos en línea están diseñados para producir gas HHO para los siguientes propósitos:
- usar hidrógeno como combustible para automóviles;
- quemar sin humo hidrógeno en calderas y estufas de calefacción;
- Solicitar soldadura de gas.
El principal problema que tacha todas las ventajas del combustible de hidrógeno: el costo de la electricidad para la liberación de materia pura excede la cantidad de energía recibida de su combustión. Lo que afirman los partidarios de las teorías utópicas, la eficiencia máxima del electrolizador alcanza el 50%. Esto significa que 1 kW de calor consumió 2 kW de electricidad. El beneficio es cero, incluso negativo.
Recordemos que escribimos en la primera sección. El hidrógeno es un elemento muy activo y reacciona con el oxígeno por sí solo, generando mucho calor. Tratando de separar una molécula de agua estable, no podemos llevar energía directamente a los átomos. La división se realiza mediante electricidad, la mitad de la cual se disipa calentando los electrodos, el agua, los devanados del transformador, etc.
Información importante de antecedentes. El calor específico de la combustión de hidrógeno es tres veces mayor que el del metano, pero en masa. Si los comparamos por volumen, cuando se quema 1 m³ de hidrógeno, solo se liberarán 3,6 kW de energía térmica en comparación con 11 kW para el metano. Después de todo, el hidrógeno es el elemento químico más ligero.
Ahora considere el gas explosivo obtenido por electrólisis en un generador de hidrógeno casero como combustible para las necesidades anteriores:
- El precio final de instalación, la baja productividad y la eficiencia hacen que sea extremadamente rentable quemar hidrógeno para calentar una casa privada. Es más fácil colocar cualquiera de las calderas eléctricas (DIEZ, inducción o electrodo) que "enrollar" el medidor con un electrolizador.
- Para reemplazar 1 litro de gasolina por un automóvil, se requerirán 4,766 litros de hidrógeno puro o 7,150 litros de gas detonante, un tercio de los cuales es oxígeno. El inventor más pésimo en Internet aún no ha fabricado un electrolizador capaz de proporcionar un rendimiento similar.
- Un aparato de soldadura por gas que quema hidrógeno es más compacto y más liviano que los cilindros con acetileno, propano y oxígeno. Además, la temperatura de la llama de hasta 3000 ° C le permite trabajar con cualquier metal, el costo de obtener combustible aquí no juega un papel especial.
Para referencia. Para quemar hidrógeno en una caldera, deberá rediseñar completamente la estructura, ya que un quemador de hidrógeno puede derretir cualquier acero.
Conclusión
El hidrógeno en la composición del gas de la ONG obtenido de un generador de hidrógeno hecho en casa es útil para dos propósitos: experimentos y soldadura por gas.Incluso si descartamos la baja eficiencia del electrolizador y los costos de ensamblarlo junto con la electricidad consumida, simplemente no hay suficiente productividad para calentar el edificio. Esto también se aplica al motor de gasolina de un automóvil de pasajeros.