Термический генератор CO2 - стр. 6

[dimetrius dimetrius Старейшина]

Так, на интересующие меня вопросы ответы я получил. Всё остальное - "пережевывание" терминов, считаю бесполезной перепалкой. :dr_ink:
Перехожу на сторону Саши greblin, пошел в свой угол делать свой вариант. :-):
Желаю успехов в теории и терминологии, надеюсь и практика будет то-же (строитель). Не забудьте отписаться о результатах. :dr_ink:

[строитель строитель Посетитель]

Практики на эту тему у меня не будет. Причины излагал.
Распределить 400 гр соды равномерно - тяжеловато будет. А меньше - кипп.

Есть еще один момент: при отключении обогревателя надо опасаться за целостность бутылки: водяной пар впитывается в кальцинированную соду, реакция при снижении температуры идет "взад", просто остывание цеодва в бутылке. В ней получится приличное разрежение, а с ним - шутки плохи.
Слежу дальше. :dr_ink: :ne_ot_ho_di:

[dimetrius dimetrius Старейшина]

В ней получится приличное разрежение,

Вы не внимательно читаете :-): :dr_ink:

Распределить 400 гр соды равномерно - тяжеловато будет. А меньше - кипп

Так на этом и нужно заострять внимание. А господин Кипп то причём ? Он с содой не возился :mi_ga_et:

[alwspb alwspb Житель]

Доложу итоги моего эксперимента.
Сделал я термогенератор CO2 из термоса. Крышку разобрал, вклеил туда 2 силиконовые трубки и провода. Провода ведут к нагревателю. Предыдущий мой нагреватель, как вы помните, расплавился.
Но, должен сказать, что идея нагревателя была правильной - я к этому вернусь позже.
Сейчас нагреватель сделал просто. Химическая пробирка из термостойкого стекла. Внутрь помещен отрезок нихромовой спирали от старой сгоревшей плитки. К спирали припаяны провода МГТФ, которые идут сквозь крышку термоса наружу.
Спираль в пробирке засыпана кварцевым песком и сверху пробирка заклеена высокотемпературной эпоксидкой. Сопротивление нагревателя 4 Ом.
Как это выглядит в процессе сборки:
1) Берем термос и помещаем туда нагревательный элемент
2) Засыпаем внутрь термоса полкило пищевой соды
3) Закрываем крышку термоса
4) Включаем ток.
5) Одна трубка из термоса ведет к счетчику пузырей, а в другую установлен обратный клапан, чтоб, если нагрев выключить, не засосало воду из счетчика внутрь термоса.
Эксперимент я проводил, подавая на нагреватель ток 1А и при напряжении 4В. То есть мощность нагрева 4Вт.
Какие получились результаты. Ниже график, где по оси абсцисс - время в часах, по оси ординат - скорость выделения CO2, пуз/сек.
Когда затевалась эта конструкция, то я предполагал, что если обеспечить хорошую термоизоляцию, то вся энергия пойдет на разложение соды. И в итоге мы будем иметь очень стабильную скорость выделения CO2, которая будет пропорциональная мощности нагрева.

Картина интересная. Но совершенно не та, что мной ожидалась.
Можно выделить 3 этапа:
1) первые 3 часа ничего не происходит, скорость равна 0
2) 3-12 часов с начала эксперимента - сильный рост скорости выделения CO2
3) после 12 часов с начала эксперимента - постепенное падение скорости выделения CO2

Почему? Попробуем разобраться.
Раз картина не соответствует ожиданиям, значит, либо теория неверна, либо неверны исходные предпосылки.
Мы же должны были получить стабильную скорость подачи. Кстати, давайте разберемся - а какая скорость выделения CO2 должна была бы быть в абсолютных цифрах? Для расчета у нас все есть.
Вот реакция:
2NaHCO3 -> Na2CO3 + CO2 + H2O - Q
Видите Q? Это тепловой эффект реакции. Он отрицательный. Значит, чтобы реакция пошла слева направо, надо энергию потратить.
В интернете я нашел значение Q - около 770 Дж/грамм. То, есть, чтобы разложить 1 грамм питьевой соды, надо потратить 770 Дж энергии.
1 Дж энергии разложит 1/770=0.0013 грамм = 0.00001546 моля питьевой соды. В результате получится 0.00001546/2=0.00000773 моля CO2. Это 0.00000773*22.4=0.000173 литра = 0.17 мл
В секунду мы закачиваем 4 Дж энергии в термос. Это должно приводить к выделению 4*0.17=-0.68 мл CO2. Это 23 пуз/сек.
А мы на 3 этапе эксперимента имеем скорость на уровне 0.5 пуз/сек.
Получаем КПД =100*0.5/23=2.2%.
Мало. Очень мало. Почему?
Всего пара процентов энергии тратится на реакцию. А остальные 98 - уходят неизвестно куда. А куда тут еще может энергия тратится? Видимо, наружу, улетает из термоса на улицу.
Собственно, с чего я взял, что термос даст идеальную теплоизоляцию? Давайте, это тоже посчитаем. Тут придется кое-что предположить. Из своего опыта я знаю, что такой термос сохраняет тепло воды, налитой в нем примерно сутки. И за сутки вода из кипятка превращается просто в горячую. То есть вместо 100С становится 50С.
Потери энергии при этом:
750*50=37500 калорий = 157000 Дж/сутки
То есть, за секунду из термоса сами по себе улетают 157000/(24*60*60)=1.8 Дж
А мы, напоминаю, подаем ток 1А при напряжении 4В. То есть, 4 Дж/секунду. Заметьте - чуть не половина того, что мы подаем улетает из термоса само по себе. Кстати, расчет теплопотерь делался для полноценного термоса. С нормальной крышкой, да еще с навинченным стаканом.
А здесь и стакана нет, и крышка полуразобрана. В общем, термос сверху, можно сказать, слабо прикрыт. Кстати, не упомянул в начале - эксперимент на балконе провожу. Негде мне в квартире установку на несколько недель ставить. А на балконе сейчас около +5 жары. Что тоже не способствует сохранению тепла в термосе.
В общем, думаю, что термос имеет полную возможность выпустить из себя все тепло, которое мы подаем внутрь него при помощи нагревателя. Впрочем, по дороге часть этого тепла соду все-таки цепляет - вот на эти два процента, как в том анекдоте, мы и живем...
Приводит это к тому, что равномерного прогрева всего объема соды нет и в помине. А это ведет к таким радостям, как образование корки вокруг нагревателя, неравномерному расходованию соды и т.п.
Вот и получается картина - при включении быстро расходуется сода вокруг нагревателя (чуть более высокая скорость выделения CO2), образуется корка и далее скорость подачи уменьшается и гуляет вверх/вниз - то корка треснет, то снова образуется.

Теперь выводы.
Эксперимент скорее неудачный, чем удачный. Но некоторые направления движения можно увидеть.
1) Для улучшения стабильности надо увеличивать КПД устройства
2) Во-первых, надо резко улучшать теплоизолцию крышки термоса - тут я вижу резерв, можно увеличить тепловое сопротивление крышки раза в 3-4.
3) Во-вторых, надо улучшать равномерность прогрева объема соды. Моя первая конструкция нагревателя была в этом плане удачной. Если бы я не использовал пластиковую трубу... Тут резерв, я думаю, процентов 50.
4) Во-третьих, все-таки устройство лучше не ставить на балконе. Перенос устройства в комнатные условия уменьшит теплопотери по моей первой прикидке процентов на 25-30.
5) Фактор масштаба. Если ставить не маленький термос, а большой, загружать туда килограмма 2-3 соды и увеличивать мощность нагревателя с увеличением скорости подачи CO2, то КПД подрастет раза в 2, я думаю. Но это актуально для аквариумов 150 литров и выше. Для более мелких не сделать, ибо там не нужны большие скорости подачи CO2.

Еще кое-какие мысли есть, пока недостаточно четко оформленные. Надо продолжать работу.

[greblin greblin Старейшина]

:-): Александр , тут дело в нагревателе . Нужна бОльшая мощность для ускорения нагрева , 4 вт это ни о чем даже в термосе . Второе желательно иметь рессивер на выходе , для компенсации мелких скачков давления .

[alwspb alwspb Житель]

Да, я думал про большую мощность. Не проблема подать не 4В, а 10В. Тогда будет 25 Вт. Но тогда и скорость выделения CO2 резко вырастет. Для малых и средних аквариумов это будет слишком большая скорость.
У меня возникла мысль такая, что надо брать емкость для соды (например стеклянную бутылку) и обматывать ее снаружи нихромовой проволокой, через которую пропускать ток.

[greblin greblin Старейшина]

Да и еще поздний старт после остановки будет всегда , в сосуде создается вакуум , поэтому при старте идет запоздание . Надо после остановки разгерметизировать емкость , тогда старт ускорится .

Добавлено спустя 1 минуту 2 секунды:

Но тогда и скорость выделения CO2 резко вырастет. Для малых и средних аквариумов это будет слишком большая скорость.

Рессивер и игольчатый клапан для регулировки .

[alwspb alwspb Житель]

Рессивер и игольчатый клапан для регулировки

Вот это как раз то, от чего хочется избавиться совсем :)
Но если ресивер еще можно потерпеть, то клапан для регулировки мне не нравится совсем.

[greblin greblin Старейшина]

От него не избавится , дозировать поток темпиратурой не выйдет . Либо держать маленькое давление и подавать под колокол .

[строитель строитель Посетитель]

Да и еще поздний старт после остановки будет всегда , в сосуде создается вакуум , поэтому при старте идет запоздание . Надо после остановки разгерметизировать емкость , тогда старт ускорится .

При подсчете джоулей вы не учли теплоемкость соды, именно отсюда резкий подьем кривой от нуля.

Рессивер и игольчатый клапан для регулировки .

...дозировать поток темпиратурой не выйдет ...

Взгляните на свой аквариумный обогреватель. Померяйте его электрическую мощность. Она явно взята с запасом до подьема температуры воды до некоего максимума, заявленного производителем. Попробуйте отрегулировать температуру в аквариуме изменением мощности нагревателя (регулируя напряжения). Маловероятно (но возможно), что у вас получится.
Вернулись обратно: подводим мощность (регулируемую), мощность рассеивается неуправляемо - теплопотери, реакция, случайные факторы... и пытаемся стабилизировать систему.
Не получится регулировка мощностью. Как быть? Посмотрите на аквариумный обогреватель еще раз. Там регулировка с обратной связью - температура управляет включением/выключением. В термогенераторе давление должно включать/выключать, а нагреватель должен быть с запасом - 20-100 Вт, экспериментально подобранных.

[dimetrius dimetrius Старейшина]

Для информации - Монтажная пена (бытовая) - нагрев до ХЗ значения (но гораздо выше 70) почти выдерживает :hi_hi_hi: . В Википедии - до 130 градусов.

[greblin greblin Старейшина]

При подсчете джоулей вы не учли теплоемкость соды, именно отсюда резкий подьем кривой от нуля.

Я джоули не считал , т.к. мне пофиг сколько их расходуется . И в дальнейшем - читайте полностью весь текст а не то что хочется . Есть что сказать по делу говорите - нет , значит читаем молча без коментариев . :dr_ink:

[строитель строитель Посетитель]

Приношу свои извинения greblin :smu:sche_nie: , как то по запарке не обратил внимание на авторство цитат и авторство подсчетов. Джоули считал alwspb, ему и была адресована подсказка по

Раз картина не соответствует ожиданиям, значит, либо теория неверна, либо неверны исходные предпосылки.

Раз уж у alwspb установка проработала, то к нему и вопросы: сколько проработала установка? засекалась ли разница в весе соды до и после работы? как проверялся выделяемый газ на его "углекислость" а не "пароводность"?
:ne_ot_ho_di:

[alwspb alwspb Житель]

Ну формально работает до сих пор. Шестой день пошел. Скорость выделения газа упала до ~1 пуз /6-8 секунд.
Разницу в весе соды не засекал.
На углекислотность газ не проверял. Рано пока. Надо добиться стабильной работы сначала. А проверить несложно - пробулькивать надо через раствор какой-нибудь соли кальция. Хлорида или глюконата...

То, что скорость поначалу росла - ясное дело, нагрелось не мгновенно. И само собой, что теплоемкость соды тут имеет значение. Но первый этап мне не очень интересен. Главное - нужен стабильный длительный этап, на котором скорость выделения CO2 будет постоянна. Пока такого нет.

PS Кстати, я тут проинтегрировал то, что получилось на вышеприведенном графике. Суммарно там на данный момент выделилось около 5 литров газа. Теоретически полкило соды может выдать 67 литров CO2.

[dimetrius dimetrius Старейшина]

Что-то тема заглохла, мужики, есть результаты?
Запустил свой очередной пробный, с регулировкой от давления, но температура сильно растёт (при 0,5 атм - 75 град), похоже придётся дополнительно и термоэлемент от утюга приспособить для избежания перегрева (в первом варианте монтажная пена сгорела).

[alwspb alwspb Житель]

я к своему не возвращался. есть некие мысли, как можно улучшить, но времени немного. хотя, дело, наверное, не во времени, а вдохновения нет

[dimetrius dimetrius Старейшина]

Датчик давления от холодильника показал гистерезис в 1 :sh_ok: атмосферу, обратное реле (подключенное к нему) благополучно сгорело (не туда посмотрел и подключил 24-х вольтовое реле к 220в. :hi_hi_hi: ). Изготовил другое, самодельное с гистерезисом 0,1 атм., но пока не подключал. Добавил пару терморезисторов от автохолодильника, максимальная температура остановилась на 90 град.
Генератор получился практически не управляемый, запускается в течении 2-х часов, выделение газа гуляет от 1 п/сек., до 1п/ 3сек. с интервалом примерно 30 мин.
Большего, я думаю, от бутылочки 50 мл и заправки 40 г. ждать не стоит. Лампа 20 Вт/12 В, принцип сургучницы, но бутылочка тонкая и длинная, прогрев относительно равномерный.

[dimetrius dimetrius Старейшина]

Генератор отработал свой срок вполне приемлемо, с некоторыми доработками можно использовать. С присутствием воды работает более "мощно".
А как "отработку" из бутылки удалить? Взялось почти монолитным кристаллом.

[Vadim Vadim Новичок]

Интересная тема. Немного не понял - из сухой соды реально вода получается? Она же при такой температуре испариться должна и вместе с газом уйти. Кстати до скольки градусов получился нагрев?
Получился "Вечный генератор СО2" :co_ol: : нагреваем - СО2 выделяется, охлаждаем - накапливается из воздуха еще и с поглащением влаги.
Кстати если ставить автоматику на печку может пойти другим путем - поставить автоматику на СО2 - скажем на уровень воды в колоколе.
Газа набежало - уровень воды опустился - электромагнитный клапан закрылся. :-ok-:
Печку использовать только 1 раз для получения всей порции газа. По энциклопедии, греть можно и больше - до 1000°С.
ИМХО конструкция и обслуживание печки в этом случае упрощаются.

[alwspb alwspb Житель]

охлаждаем - накапливается из воздуха еще и с поглащением влаги

С чего Вы взяли, что CO2 из воздуха будет "накапливаться"? C гораздо большим основанием можно тогда сказать, что CO2 из воздуха сам в воду аквариума пролезать будет - и не надо вообще никакого генератора :)

Что касается воды, то да, она выделяется, испарется и потом конденсируется на всех поверхностях, которые холоднее внутренностей генератора.

И непонятна мысль, что нагрев до 1000 градусов упрощает конструкцию печи. Нагрев до 1000С - это муфельная печь. Это мощное питание, сильная теплоизоляция, особые требования к конструкционным материалам и пожароопасность.