Generatore di idrogeno (HHO)

novembre 7th, 2013 | Posted by Marco Plessi in Esperimenti | Altri | Visite: 18.947

Generatore di idrogeno con cella ad 11 piastre, corrente di elettrolisi 60 A a 24 Vdc. Supporto per riempimento ed esplosione a distanza (in sicurezza).

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La sicurezza prima di tutto, questo è un progetto, una sperimentazione, non è realizzato per arrecare danno (infatti le esplosioni nei video sono fatte in luoghi lontani da cose e persone) e non deve essere realizzato per fini diversi dalla sperimentazione. L’idrogeno è un gas pulito e semplice da ottenere, sarebbe interessante provarne le potenzialità, quindi ho pensato appunto di realizzare un generatore di idrogeno completo di base per esplosione remota, per valutarne la potenza.

esplosione_1

(Alla fine dell’articolo sono presenti i VIDEO !!)

Questo progetto è iniziato diversi mesi fa, con le prime prove di elettrolisi.

E’ stato perfezionato con il passare del tempo (e delle prove), fino a raggiungere questo “traguardo”. La realizzazione è abbastanza grezza, ma nella sua completezza funziona egregiamente.

L’impianto genera idrogeno miscelato con ossigeno (il tutto gassoso), chiamato volgarmente HHO (termine che NON è esatto chimicamente, ma molti lo chiamano così, e per capirci lo utilizziamo anche noi), in quanto l’HHO brucia meglio dell’idrogeno puro, e integra già il comburente (ossigeno). Il fatto che integra già il comburente è molto utile in caso di applicazioni in cui la presenza naturale dell’ossigeno non è scontata (alla fine dell’articolo sono linkati alcuni video, capirete di cosa parlo).

L’impianto è dotato di diverse parti:

1-cella elettrolitica (genera l’idrogeno);

2-“filtro” di miscelazione (miscela l’idrogeno con una parte di ossigeno e funziona anche da valvola antiritorno);

3-tubazioni e rubinetteria per il riempimento e la miscelazione con la sostanza elettrolita;

4-alimentatore (trafo + ponte raddrizzatore, per la reazione di elettrolisi);

5-generatore di alta tensione per innesco a distanza;

6-impianto per il riempimento e l’esplosione remota e in sicurezza (elettrovalvola e base di riempimento).

Tutte le parti sopracitate vengono spiegate dettagliatamente di seguito.

cap. 7 – spiegazione in linea di massima del funzionamento generale.

 

1 – Cella elettrolitica

All’interno di essa, ha luogo la reazione elettrolitica dell’acqua, che genera il gas Idrogeno. Per l’elettrolisi sono necessari (almeno) due elettrodi: uno positivo e uno negativo. Gli elettroni muovendosi dal polo negativo a quello positivo (che è il verso reale (non convenzionale) della corrente elettrica) “staccano” gli atomi di idrogeno dalle molecole di acqua e li rilasciano allo stato gassoso. L’idrogeno gassoso ha un peso specifico minore dell’acqua e dell’ossigeno, quindi risale la cella fino ad uscire (attraverso un tubo che lo condurrà al “filtro” di miscelazione).

È composta da un tubo in plexiglass trasparente di diametro 100 mm, tappato alle estremità.

All’interno del tubo che funge da contenitore, ci sono 11 piastre in acciaio inox, che sono gli elettrodi. Sono collegate tra di loro secondo la sequenza:

N-N-()-()-P-P-P-()-()-N-N

dove N sono quelle collegate al negativo, P al positivo e () sono le piastre neutre, ovvero non sono collegate a nulla (servono soltanto a favorire la reazione elettrolitica consumando meno corrente, questo per aumentare il rendimento della cella a parità di corrente).

Le piastre sono di diversa larghezza per consentire di utilizzare tutto lo spazio del contenitore (che è un tubo cilindrico) e sono collegate tra loro internamente per mezzo di piastrini appositamente tagliati, quindi escono i due morsetti (+ e -) che sono due barre filettate M8 in inox.

Le piastre appena tagliate e rifinite:

piastre_1

Collegamenti delle piastre appena sotto il coperchio:

piastre_2

Piastre montate e pronte per essere inserite all’interno del contenitore:

piastre_3

 

La cella è dotata di due connettori per tubo da aria compressa da 6mm: uno nella parte inferiore (per il riempimento) e uno nella parte superiore (uscita dell’idrogeno puro, NON HHO).

Tutte le giunture tra tappi e contenitore devono essere dotate di guarnizioni, e devono sopportare la pressione (non so quanta ma sono circa 2 o 3 bar). Nella mia cella ho utilizzato un silicone apposito per realizzare guarnizioni, che sopporta anche le alte temperature (da non sottovalutare in quanto l’acqua raggiunge facilmente i 70 gradi).

Cella elettrolitica completata e testata (la sporcizia marrone all’interno è dovuta al fatto che ho utilizzato acqua non distillata, cosa da evitare perché, oltre alla sporcizia, con il tempo tende a rovinare le piastre):

cella_2

Particolare della parte superiore della cella (connessioni elettriche e uscita H puro):

cella_1

 

2 – “Filtro” di miscelazione (o filtro H>HHO)

Non è proprio un filtro, infatti serve a miscelare l’idrogeno con l’ossigeno in parti ottimali. Da qui esce il famoso “HHO” (c’è chi lo chiama anche ossidrogeno… oO).

Il funzionamento del “filtro” è semplicissimo:

Il “filtro” è un cilindro pieno di acqua (anche non distillata), quando l”idrogeno puro in uscita dalla cella entra nel filtro dalla parte sottostante, risale attraverso l’acqua (sottoforma di semplici bolle, infatti è utile che il “filtro” sia trasparente per tenere sotto controllo la quantità di HHO prodotta), ed esce dalla parte superiore. All’uscita superiore del “filtro”, c’è l’HHO, pronto per essere utilizzare.

Il “filtro” funziona anche da valvola antiritorno, infatti se ci dovesse essere un ritorno di fiamma (può capitare se la velocità di uscita dell’HHO è minore della velocità di propagazione della fiamma), esso si fermerebbe nella parte superiore del “filtro” senza arrivare alla cella elettrolitica, nella quale potrebbe fare seri danni.

La sua costruzione è semplicissima, infatti è un tubo in plexiglass di diametro 60mm, con due tappi alle estremità.

f_m_h_1

f_m_h_2

Ho scelto questo tipo di raccordi per realizzare il tappo in quanto sono provvisti di una guarnizione di tenuta interna (che è sufficiente a basse pressioni, ma se iniziate ad usare il generatore per gonfiare palloncini senza un compressore supplementare tendono ad aprirsi).

L’estremità superiore ha un connettore per tubo per l’uscita dell’HHO; l’estremità inferiore ha un connettore per l’ingresso dell’idrogeno puro e uno per il riempimento dell’acqua.

Ecco una bolla di idrogeno in uscita (in questa prova la corrente era bassa: 30 A):

f_m_h_3

 

3 – Tubazioni e rubinetteria per riempimento e miscelazione elettrolita

Questa parte non è essenziale per il generatore, ma permette una preparazione più veloce del sistema.

L’acqua entra tramite un raccordo da tubo da annaffiare (infatti l’idea iniziale era di riempire il generatore con normale acqua, ma è meglio riempirlo tramite una pompa che pesca in una tanica di acqua distillata), e subito passa per un filtro (stavolta è un vero filtro da acqua) che viene utilizzato per miscelare l’acqua con la sotanza elettrolita (sale, bicarbonato, idrossido di sodio o quello che volete). Di seguito è possibile vedere il filtro con il raccordo da tubo sotto, sopra c’è un rubinetto generale per comodità:

tubazione_1

Aprendo il filtro, si può inserire al all’interno della cartuccia arancione la sostanza elettrolita, in modo tale che quando l’acqua passa, l’elettrolita si discoglie in modo perfetto e soprattutto automatico:

tubazione_3

Quindi dopo il filtro ci sono i due rubinetti che riempiono la cella (rub. giallo) e il “filtro H>HHO” (rub. nero):

tubazione_2

Come riempire il generatore (con il mio impianto; ogni variazione fa variare la procedura):

-Chiudere tutti i rubinetti;

-Collegare una fonte di acqua corrente (momentaneamente chiusa) all’ingresso (prima del filtro), sarebbe meglio che la fonte provenisse da una pompa che pesca da una tanica con acqua distillata, ma se avete solo acqua di rubinetto e non resistete più… per una volta usate quella;

-Aprire il filtro e inserire l’elettrolita; la quantità di elettrolita determina la corrente di elettrolisi, e trovare il valore corretto è risultato di alcune prove (nella mia cella con due cucchiaini di sale e l’acqua a 8 cm sotto il tappo ho 60 A (per cucchiaini intendo quelli da caffe, non da minestra)). Quindi richiuderlo.

-Attivare l’erogazione generale dell’acqua (quindi accendere la pompa o aprire il rubinetto della fontana) e aprire il rubinetto subito dopo il filtro;

-Aprire il rubinetto per il riempimento della cella elettrolitica (rub. giallo), fino alla quantità desiderata, quindi richiuderlo;

-Aprire il rubinetto per il riempimento del “filtro H>HHO”, e chiuderlo solo quando il livello dell’acqua nel “filtro” ha quasi raggiunto il coperchio (max 5 cm sotto);

-chiudere tutti i rubinetti.

Adesso il generatore è pronto per l’uso.

 

4 – Alimentatore

L’elettrolisi è un processo elettrochimico, quindi ha bisogno di corrente elettrica (TANTA corrente elettrica).

Pertanto ho utilizzato il classico alimentatore trafo+ponte, in quanto uno switching di tale potenza e robustezza sarebbe costato troppo, e di autocostruirlo non avevo ne tempo ne voglia. Inoltre il trasformatore lo possedevo già (di recupero da qualche parte…).

Data la sua potenza non lo spreco solo per questo progetto, ma quando avrò bisogno di molta corrente a bassa tensione (in altri eventuali progetti) saprò su chi contare.

4.1 – Trasformatore

Ho utilizzato un grosso trasformatore con nucleo a mantello da 1500 VA (si si: 1,5 kVA), per servizio continuativo, infatti a regime non si scalda quasi!

trafo

Il trasformatore ha il primario a 230 V e il secondario a 24 V (in realtà il secondario è doppio 24+24, ma a 48 V la corrente è la metà e per l’elettrolisi ho bisogno di più corrente possibile).

La corrente massima a 24 v quindi è 62,5 A.

Il peso è più o meno 20 Kg..

4.2 – Ponte raddrizzatore

Per raddrizzare 60 A di corrente (senza riccorrere a cose strane) sono necessari dei diodi abbastanza grossi.

Ed ecco che il rivenditore di fiducia mi trova 4 diodi da 200 A !

diodo_1

Il filetto per il fissaggio (che funge anche da anodo) è un M14.

Quindi preparo i quattro mega-diodi per collegarli a ponte, dotandoli anche di piccoli dissipatori, utili anche per il collegamento elettrico, ed ecco il mega-ponte raddrizzatore da 200 A:

ponte_1

I due diodi dietro hanno l’anodo in comune, dove andrà collegato il “-“, e il pezzo di alluminio davanti è il “+”. La corrente alternata da raddrizzare (in uscita dal trafo) si collega ai due dissipatori lateriali.

Il tutto (trafo – ponte – cella) è collegato con cavi di 10 mm, che, nonostante la sezione molto grossa, si scaldano abbastanza (circa 50 gradi).

Non ho previsto un condensatore di livellamento, in quanto i benefici che apporta non sono poi così considerevoli, infatti nell’elettrolisi l’importante è che gli elettroni si muovano sempre nello stesso senso (quindi la corrente alternata non va bene, perché non produrrebbe idrogeno). Poi un condensatore di livellamento per 60 A sarebbe stato un po’ troppo grosso…

 

5 – Generatore di alta tensione per innesco a distanza

Utilizzo il generatore di un articolo precedente, dato che quando l’ho realizzato pensavo proprio a questa applicazione.

Ovviamente il generatore sarà dotato di pulsante remoto per l’innesco.

L’innesco dell’idrogeno avviene mediante due elettrodi a 5 mm di distanza collegati all’uscita ad alta tensione del generatore.

Funzionante a batteria, non ha bisogno di essere alimentato, quindi non mi soffermo su questo capitolo.

 

6 – Impianto per il riempimento e l’esplosione remota in sicurezza

Per poter far esplodere qualcosa con l’idrogeno, è necessario utilizzare una base remota di riempimento, per lavorare in sicurezza (dopo la scrittura di questo articolo non sembra, ma per me la sicurezza della persona viene prima di tutto, seguita dalla sicurezza per l’ambiente circostante).

La base remota consiste in un pezzo tornito (all’inizio era più grezza, infatti nel primo video c’è quella vecchia, ma sostituendola faccio riferimento solo alla base nuova), che porta all’interno del palloncino (faccio l’esempio del palloncino ma può essere qualsiasi cosa) l’ugello (per l’idrogeno) e i due elettrodi per l’innesco.

base_remota_1

Particolare dell’ugello per il collegamento del tubo:

base_remota_2

Il palloncino è fissato sulla base nel seguente modo (se avete intenzione di riempirlo molto, stringete la base con una fascetta):

base_remota_3

L’idrogeno arriva alla base remota attraverso un’elettrovalvola a 24 Vac, collegata in parallelo alla cella, in modo che quando è in corso l’elettrolisi, in automatico, si apre la valvola.

L’elettrovalvola è del tipo a doppia uscita, ovvero quando è alimentata, l’idrogeno in arrivo dalla cella viene iniettato nel palloncino, e quando non è alimentata, l’eventuale pressione rimasta nel tubo di arrivo viene sfiatata all’esterno.

Foto dell’elettrovalvola (a sinistra: ingresso idrogeno; a destra: uscita idrogeno verso il palloncino; in alto: sfiato):

elettrovalvola_1

Di seguito, foto dell’insieme ingresso+elettrovalvola+base (all’ingresso c’è un “adattatore” che consente di collegare il tubo rilsan rigido all’elettrovalvola):

elettrovalvola_2

Ovviamente la base, opportunamente fissata, può essere utilizzata anche per riempire altre cose, ad esempio i bicchieri di plastica rovescati, ottimi per fare le prove iniziali (si sente il botto ma abbastanza contenuto, inoltre non sono compressi quindi poco pericolosi).

 

7 – Spiegazione in linea di massima del funzionamento

schema_idrogeno

CLICCA SULL’IMMAGINE PER APRIRLA A DIMENSIONI REALI (1211×747 px)

La cella viene alimentata, quindi produce idrogeno puro che esce dalla parte superiore e viene convogliato nel “filtro H>HHO”, da qui esce e arriva alla base remota. Entrambi i cilindri sono collegati alla rubinetteria per il riempimento.

I colori non rispecchiano la realtà, servono solo a rendere chiaro il disegno.

Legenda:

legenda_schema_idrogeno

Il generatore per fare esplodere i palloncini di idrogeno (chiaro che quando dico far esplodere i palloncini di idrogeno intendo far detonare l’idrogeno, non bucarli con uno spillo…) viene utilizzato nel seguente modo:

-riempimento e preparazione;

-collegamento alimentazione (consiglio: interporre un interruttore tra 230 V e primario del trafo, in modo da avere un comando più comodo);

-preparazione base remota (l’elettrovalvola viene posta nelle vicinanze della base (<50 cm) per fare in modo che il tubo elettrovalvola-base sia più corto possibile, quindi anche il generatore di alta tensione viene posto a 2 m dalla base (il contenitore del gen.HV è in legno quindi non ha problemi ad assorbire l’onda d’urto), quindi vengono stesi i cavi del pulsante e dell’elettrovalvola fino al punto di comando, affiancati dal tubo dell’idrogeno;

-Inserimento del palloncino sulla base remota;

-avvio dell’elettrolisi (con corrente tenuta sotto controllo utilizzando una pinza amperometrica, idem per la temperatura dell’acqua e delle varie parti con un termometro laser);

-Inizio conteggio del tempo (nello stesso momento in cui inizia l’elettrolisi);

-quando si è arrivati al tempo prefissato, si spegne il generatore;

-quindi “final countdown” e BOOM!

Di seguito ci sono due video:

Il primo è registrato durante la prima prova di esplosione, il secondo durante la sera di Halloween 2013.

 

(questo articolo proviene dal vecchio sito. Visualizzazioni al momento della migrazione: 367)

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