Waterstofgenerator en -brander

Over de instrumenten en chemicaliën in het chemisch laboratorium.
User avatar
Reap
Argon
Posts: 681
Joined: 15 Sep 2011, 16:03
Chemistry interests: Inorganic
Location: Regio Eindhoven

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by Reap » 04 May 2012, 01:25

Erg mooi bedacht, dat zou bij mij fout gegaan zijn! Ook leuk berekend met wiskunde. :P
Weet je al hoe je de aansluitingen gaat regelen?

spidey
Kobalt
Posts: 1367
Joined: 16 Jan 2009, 23:58
Chemistry interests: Inorganic
Location: Amsterdam

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by spidey » 04 May 2012, 15:15

De aansluitingen van de electrodes: ik soldeer (RVS flux gebruiken!) er een RVS stripje aan, dat om het tussenschot heen is gebogen en door de bovenplaat naar buiten gaat. De beide electrodeparen worden extern met elkaar verbonden. De bovenplaat wordt met polyester aan de beker gelijmd. Deze wordt met 6 stukken draadeind en bouten op de onderplaat geklemd. (Onderkant beker langs de rand insmeren met vacuumvet.) De kracht hierop is behoorlijk, met 0.3 kg per cm^2 (ca 300 mbar max overdruk), levert dat toch al snel zo'n 30 kgf op.

Aansluiting van de gasafvoer:
O2 wordt een naaldventiel, hand-made van een RVS staafje dat ik in een punt geslepen heb en een gaatje (2.5 mm lijkt me goed) in de bovenplaat.
H2 wordt een glazen kraantje, zoiets als wat er bijvoorbeeld aan een elutie/chromatografiebuis zit, wat ik (alweer met polyester) in de bovenplaat lijm. Ik verwacht dat dit sterk genoeg is; zo groot is de diameter van zo'n kraantje niet. Misschien zet ik het vast met zegellak in een RVS houder, die mechanisch verankerd is.

De reden voor de keuze van RVS en polyester is dat ik deze materialen bij pH's van rond de 14 heb getest op corrosie en daar blijken ze geen last van te hebben. (Epoxy heb ik niet getest, maar dat verlijmt toch ook niet beter.) Voor de boven- en onderplaten heb ik een stukje Trespa op het oog, wat ook chemisch zeer inert is En mechanisch zeer sterk.

Voor de in deze post genoemde dingen kan het best zijn dat ik er nog wijzigingen aan maak; het hangt af van of de rest goed verloopt.

spidey
Kobalt
Posts: 1367
Joined: 16 Jan 2009, 23:58
Chemistry interests: Inorganic
Location: Amsterdam

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by spidey » 06 May 2012, 01:39

Membraanhouders
Wat plaatjes van het werk:
Image
Het uitzagen van het frame voor het membraan uit acrylaat gaat met een ijzerzaag of figurzaag. Mijn materiaal is 5 mm dik.
1. Uitzagen
2. schuine kanten maken zodat het goed aansluit op de beker (vergeet niet dat in de berekening het hart van het frame (scheidingswand) wordt berekend; vanwege de schuine kant komt er dikte materiaal * cos(1/2 alfa)/2 bij). Mooie randen maken gaat goed door een stuk schuurpapier op een plank te plakken met dubbelzijdige tape, en het werk over het schuurpapier te bewegen.
3, 4. Inzagen van het frame. Gebruik een verkleind schijfje (vgl. 1), zodat de Dremel met de metalen as over het acrylaat kan lopen, terwijl het schijfje er in slijpt. Dit is een geduld werkje. Je kunt niet te hard drukken omdat het acrylaat dan smelt en het schijfje vastloopt. Als het afbreekt en blijft zitten, moet je een nieuw klein schijfje maken en het oude daarmee wegslijpen. Je huodt dan wat bruine aanslag over in het sleufje voor het membraan (4). Een schijfje is te verkleinen door er RVS mee te zagen.

De membranen
Image
1. Het membraan uit een kapotte natte loodaccu. Droge loodaccu's hebben niet zo'n membraan, maar een laag vezelachtig spul dat het electrolyt bevat. Maak het membraan met beleid schoon met een nagelborsteltje onder stromend water. Handschoenen aan; het bruine spul is PbO2. Als de rommel weg is, het water wegspoelen en het membraan inspuiten met vetverwijderaar (gele Cif spuitfles). Opnieuw met nagelborsteltje schoonmaken. Goed naspoelen om restanten vetverwijderaar weg te spoelen.
2.Onderzoek het membraan op scheuren en gaatjes en kies een goed stukje uit om te gebruiken. Aftekenen en met marge knippen, zodat het in de sleuf past. (Desnoods eerst een proefje doen met papier.)
3, 4. Pruts het membraan in de sleuf. Dit gaat alleen werken als de sleuf schoon is en voldoende breed. Zorg dat het membraan zo plat mogelijk in de houder zit en ook zo ontspannen mogelijk.

Volgende stap: vastlijmen met polyester. Aangemaakte polyester in een spuit doen met een naald erop, om het in de kier te brengen. Wordt vermoedelijk door de cappilaire werking wel opgezogen.

Meer volgt 8-)

spidey
Kobalt
Posts: 1367
Joined: 16 Jan 2009, 23:58
Chemistry interests: Inorganic
Location: Amsterdam

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by spidey » 09 May 2012, 18:00

Image
Beschouw het volume aan gas in de expansieruimte Vexp,1.
De maximale druk wordt bereikt als het systeem gheheel gesloten is. Ga ervan uit dat de vloeistof niet compressibel is.

In dat geval geldt dat het gegenereerde volume (Vg) dat in de opslagruimtes voor H2 en O2 ontstaat, af gaat van de expansieruimte (die voor dat deel wordt gevuld met vloeistof). In een formule:
Vexp,2 = Vexp,1 - Vg (VII)

Voor het gas in de expansieruimte geldt:
p1 * Vexp,1 = n1 * R * T = p2 * Vexp,2 (VIII)
(VIII) + (VII) --> p1 * Vexp,1 =p2 * (Vexp,1 - Vg)
--> Vexp,1 * (p1/p2) = Vexp,1 - Vg
--> Vexp,1 * (1 - p1/p2) = Vg
--> Vexp,1 = Vg * (p2/(p2-p1)) (IX)

NB Deze post wordt nog bewerkt.
Edit 2012-05-11: Schets toegevoegd, post bewerkt.

spidey
Kobalt
Posts: 1367
Joined: 16 Jan 2009, 23:58
Chemistry interests: Inorganic
Location: Amsterdam

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by spidey » 19 May 2012, 23:09

Electrodes
Inmiddels zijn de RVS electrodes klaar. De bevestiging van de strip voor stroomtoevoer gaat gewoon met solderen (wel RVS flux gebruiken). Nedat de electrode en de strip op de juiste plaats vertind zijn, is het het handigst om beide op elkaar te drukken met een griptang en het dan te verhitten boven een gasvlam totdat beide plat op elkaar zitten. Afkoelen en schoonmaken onder de kraan. Na afloop polijsten met zilverpoets en/of schuurpoeder om alle aanslag en resten flux en evt hars te verwijderen (electrode rechts onder).
Image

Verlijmen van membranen en membraanhouders
Ook heb ik de membranen in de houders geplakt. Ik heb hiervoor epoxy gebruikt. Waar ik geen rekening mee had gehouden is dat veruit de meeste polyesters krimpen bij het uitharden. Dat gebeurde bij mij bij het inlijmen van de membranen in de houders, wat tot haarscheurtjes leidt in de houder en het polyester (zie de wit uitgeslagen rand van het linker membraan in de rechter foto hieronder). Voor de gasuitwisseling is dat niet een probleem, maar het is niet mooi om te zien en ook verbetert het de sterkte niet. Lijmen moet dus om die reden met epoxy en niet met polyester. Dit geeft een mooie verlijming, zie de montage van de houder in de beker, fot rechtsonder. Overigens kun je epoxy in kant en klare doseerspuit kopen als twee componenten lijm (Bison en Pattex hebben het beide in hun assoritment), dus je hoeft niet een twee hele potten epoxy te halen bij een watersportwinkel of speciaalzaak.
Image Image

Het aanbrengen van de lijm gaat het best door een spuitje met een naald te gebruiken en daarmee voorzichtig spuitend aan weerszijden langs de rand te gaan tussen de beide dingen die verlijmd moeten worden. De lijm trekt er dan langzaam tussen.

Top- en bodemplaat
Ook de bodem- en topplaaat zijn klaar (zie foto bovenaan). Ik heb deze uit Trespa gemaakt. Het zagen daarvan gaat prima met een scherpe ijzerzaag. Het standaard aantal tandjes voldoet. Het bijwerken gaat goed door een vel schuurpapier met dubbelzeidige tape op een vlakke plaat te plakken en het materiaal daar overheen te bewegen, net als bij het bijwerken van de beker. Vanwege de stevigheid en lekdichtheid heb ik gekozen voor 8 bevestigingspunten, dus 8 draadeindes met bouten aan weerszijden. Het aanvankelijke idee was 6.

Het laatste waar ik nu mee bezig ben is het naaldventiel. Een goede vriend kwam met het idee om hiervoor een buisje te nemen en dat conisch te slijpen en daarin een staafje te solderen. Op die manier heb je geen draaibank nodig. Details volgen.

lefty-louis
Waterstof
Posts: 10
Joined: 26 May 2012, 14:33

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by lefty-louis » 27 May 2012, 00:08

ik weet niet of je al een brander hebt maar ik zag dit filmpje vandaag nog vond het wel een leuk filmpje en misschien heb je er nog wel wat aan :P

http://www.youtube.com/watch?feature=en ... 99dQ_3ZaLA.

spidey
Kobalt
Posts: 1367
Joined: 16 Jan 2009, 23:58
Chemistry interests: Inorganic
Location: Amsterdam

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by spidey » 29 May 2012, 23:50

Niet echt; er zijn honderden filmpjes van dit type op Utube. Veruit de meeste bouwers weten nauwelijks waar ze mee bezig zijn. Het gegeven alleen al dat de titel aangeeft dat het om HHO gas gaat, is voor mij voldoende bewijs. Als je werkelijk het gas wilt produceren dat in wel serieus te nemen literatuur met HHO wordt aangeduid, heb je een geheel ander soort opstelling nodig. Dat gas (HHO) ontstaat alleen bij gasontlading door water (met koolstof electrodes), terwijl alle devices (op een na) die ik tot nu toe heb gezien gewoon doen wat je bij Scheikunde in 3 of 4 VWO ook ziet bij de demonstratie van het toestel van Hoffman. Alleen produceren ze veel meer gas en scheiden ze H2 en O2 niet. Dat moet mijn opstelling dus wel gaan doen.

Dat ik H2 ook als gas voor een brander wil gebruiken, is voor mij een tweede doel. Waar het mij om gaat, is om H2 te maken en om wat ervaring met het werken met grote stroomsterktes op te doen. De bedoeling is uiteindelijk om een apparaat voor ca. 40 A te maken. In de opstelling hierboven blijf ik steken op ongeveer 18.

In een vervolg experiment wil ik Brown's gas gaan maken en daar wat serieus onderzoek naar doen. Aanvankelijk zal het echter alleen gaan om het in elkaar zetten van een opstelling, wat naar schatting een jaar gaat kosten. Daarna wil ik een weerlegging van veel blah-blah geven omtrent het Brown's gas. Op basis van de resultaten, beslis ik wat ik er dan verder nog mee ga doen.

spidey
Kobalt
Posts: 1367
Joined: 16 Jan 2009, 23:58
Chemistry interests: Inorganic
Location: Amsterdam

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by spidey » 29 May 2012, 23:57

Na een geweldig Pinksterweekeind, kom ik weer wat terug uit de hemelse sferen.... Altijd een feest om met tientallen duizenden mensen God te aanbidden :D

Vandaag heb ik een kolomboormachine/freesmachine meegenomen van mijn ouders naar mijn huis (weegt ongeveer 100 kg). Hiermee zal ik de naaldventielen maken. Na uitgebreid overleg, lijkt het het gemakkelijkste om een Inox boutje te nemen met verzonken kop en daar het draad vanaf te draaien/slijpen. Dit staat voor komend weekend op het programma.

User avatar
Reap
Argon
Posts: 681
Joined: 15 Sep 2011, 16:03
Chemistry interests: Inorganic
Location: Regio Eindhoven

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by Reap » 30 May 2012, 20:51

Leuke ideeën spidey!

Die kerel uit dat filmpje heeft trouwens behoorlijk veel geluk. Voor hetzelfde geld verkoolt het sigarettenfilter door de hitte/steeds terugslaande vlam en blaast zijn cel op. Dat overigens wel een leuke explosie met veel metaal scherven zou kunnen geven. (Dit omdat er zuurstof aanwezig is in de brandstof slang, dit zou bij spidey waarschijnlijk niet het geval zijn.)

HHO is toch eigenlijk lekentaal voor een gasmengsel van 2 waterstofmoleculen en 1 zuurstofmolecuul? (2 H2 + 1 O2) Dat ontstaat toch altijd als je de gassen die ontstaan bij water electrolyse niet gescheiden gehouden worden?

spidey
Kobalt
Posts: 1367
Joined: 16 Jan 2009, 23:58
Chemistry interests: Inorganic
Location: Amsterdam

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by spidey » 03 Jun 2012, 03:00

Reap wrote:Leuke ideeën spidey!

Die kerel uit dat filmpje heeft trouwens behoorlijk veel geluk. Voor hetzelfde geld verkoolt het sigarettenfilter door de hitte/steeds terugslaande vlam en blaast zijn cel op. Dat overigens wel een leuke explosie met veel metaal scherven zou kunnen geven. (Dit omdat er zuurstof aanwezig is in de brandstof slang, dit zou bij spidey waarschijnlijk niet het geval zijn.)
Dat is inderdaad een van de redenen om dit ingewikkelde gedoe allemaal te ondernemen.
Reap wrote:HHO is toch eigenlijk lekentaal voor een gasmengsel van 2 waterstofmoleculen en 1 zuurstofmolecuul? (2 H2 + 1 O2) Dat ontstaat toch altijd als je de gassen die ontstaan bij water electrolyse niet gescheiden gehouden worden?
Zoek maar eens op de Engelse wiki. Dan zul je zien dat HHO in wezen wat heel anders is. Maar in de volksmond is het niets anders dan knalgas, ja.

Na een halve dag prutsen, is het geplande ontwerp voor het naaldventiel nu als volgt.
Image

spidey
Kobalt
Posts: 1367
Joined: 16 Jan 2009, 23:58
Chemistry interests: Inorganic
Location: Amsterdam

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by spidey » 14 Nov 2012, 14:08

Korte follow-up
Ik heb inmiddels mijn kolomboormachine "gereviseerd", waardoor ik nu weer redelijk nauwkeurig kan boren. Om de uitgangen voor het waterstof en het zuurstof in de bovenplaat te boren was dit noodzakelijk.

Verder heb ik drie ontwerpaanpassingen op het oog:
1. ik zie wellicht af van de mechanische balansregeling voor de hoeveelheden H2 en O2. Het naaldventiel wordt dan vervangen door een electrisch gestuurd ventiel.
2. er komen uitgangsfilters in d.m.v. een grove fritte
3. ik wil het ontwerp zo maken dat ik zowel het waterstof als het zuurstof kan afnemen en het andere gas automatisch wordt afgevoerd (voor zover nodig)

Daarvoor zal ik de balans tussen de beide geproduceerde hoeveelheden gas meten met het al eerder bedachte floatersysteem. Dit systeem geeft nu alleen de balans tussen de hoeveelheden H2 en O2 aan. Door twee fotodiodes kan ik uitlezen of het systeem in evenwicht is of moet worden bijgesteld. Aangezien er toch al een spanningsbron op de electrodes zit, kan ik net zo goed ook wat regelelectronica daarop aansluiten en daarmee een robuuster en veelzijdiger systeem maken. Althans, dat is de gedachte.

User avatar
Phlogiston
Waterstof
Posts: 15
Joined: 06 Dec 2012, 09:31

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by Phlogiston » 27 Feb 2013, 09:02

Leuke thread, zeer leerzaam.

Op school hebben we o.a. een watersotf auto van deze firma; http://www.h-tec.com/en/systems/?L=1 <-- deze link is voor jouw denk ik iets interessanter.
Door uitdrogen van het membraan is deze waterstofauto nu 'ter ziele', we hebben onlangs 2 andere aangeschaft, voor weinig :).
Worden gebruikt voor NLT- Natuur, Leven en Technologie. Soort combinatie Na/Sk/Bi met eventuele aanvullingen uit Wi, Ak, Gs... what have you got. Project gestuurd onderwijs, de lln werken in groepjes. Ik vind het een prima opzet, zolang ze zelf de taken goed verdelen...
Last edited by Phlogiston on 27 Feb 2013, 15:46, edited 1 time in total.
Een stukje tekst die je optioneel aan al je berichten kunt toevoegen. Er is een limiet van 500 tekens.

spidey
Kobalt
Posts: 1367
Joined: 16 Jan 2009, 23:58
Chemistry interests: Inorganic
Location: Amsterdam

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by spidey » 27 Feb 2013, 15:01

Dit is wel een echte verbetering, vind ik, ten opzichte van het onderwijs van 20 jaar geleden. Door met elkaar zo'n project te doen leer je ook met elkaar omgaan, organiseren, etc.

Voor zover ik weet, wordt er normaal gesproken nafion gebruikt als membraanmateriaal. Dat zit niet in die accu die ik uit elkaar gehaald heb, maar het werkt wel.

Overigens is het project na het najaar in de ijskast beland, omdat ik me realiseerde dat het toch nog flink wat werk gaat zijn (pakweg een uur of 40 gaat er vrees ik nog wel in zitten). Tegelijkertijd is de synthese van Browns gas iets wat al lang op het programma staat en waar veel interessante en bijzondere fysica en scheikunde aan zit. Als ik dan toch Browns gas kan maken, kan ik mijn brander ook daar op laten lopen, in plaats van op warterstof. Daarmee is het nut van waterelectrolyse teruggedrongen tot het maken van waterstof als reductiemiddel en daarmee was ik eigenlijk hoofdzakelijk van plan om tin te maken uit SnO2. Dat proefje kan wat mij betreft wel wachten.

Post Reply

Who is online

Users browsing this forum: No registered users and 1 guest