ENERGIA UNIVERSAL
HIDROGENO
OBTENCION
MEMORIA.
Este procedimiento consiste en el más sencillo de los conocidos, o sea Disociación de la molécula de agua en sus dos componentes, Hidrógeno y Oxígeno.
Es el primero que se estudió pero debido a que presentaba dos inconvenientes de difícil solución, en aquella época que se hizo, aparte de que no se puso el empeño suficiente para salvar esos escollos, se desechó prematuramente, no existiendo una planta piloto sobre la que continuar las investigaciones.
El procedimiento que se propone para la obtención masiva de hidrógeno, combustible del futuro, no aporta polución de ninguna clase a la atmósfera, como ocurre con otros procedimientos utilizados en la actualidad, sino que por el contrario la beneficia al emitir oxígeno puro o en su defecto agua destilada, de la que es parte de ella.
La termólisis es una reacción de disociación que ocurre en un único paso:
para ello utilizaron la radiación solar.
DEFINICION
En el Sistema que se propone se utilizan dos clases de energía, la térmica y la electromagnética.
Ambas, son el resultado de la manipulación artificial de fotones y radiaciones "Beta", "gamma" ó "X", o sea de energía eléctrica modificada según interese. A su vez está producida por Aerogeneradores movidos por el viento (energía natural, limpia y barata como la solar o fotónica) y cuya materia prima es igualmente universal, su costo solo sería de 0,01 € por kW producido, más la amortización que se pretenda.
Unicamente las "calmas" harían disminuir o cesar momentáneamente la productividad, pero la elección de los asentamientos offshore, minimizarían sus efectos. Lo ideal sería aprovechar el exceso de electricidad producido por las turbinas Maglev.
De esta forma la producción de hidrógeno sería continua, durante las 24 h/día y no la mitad aproximadamente, horas día y horas noche, si utilizásemos la termólisis solar.
Como dice el "Procedimiento Solar", se requieren temperaturas igual a 2.500º K.
A.- Como conseguir T>2.500 K
Hay en el mercado varios procedimientos consistentes principalmente en Hornos Eléctricos que pueden ser de "Inducción", de "Arco", "Arco mediante electrodos", etc.
Los Hornos de Inducción sin Núcleo parecen ser los más sencillos y si se obtienen las temperaturas que necesitamos, sería el adecuado a utilizar.
En último término, los mas modernos, encontramos los Hornos de Inducción a frecuencia ordinaria, entre 5 y 25 Hz, y los de Alta Frecuencia que transforman la energía en calor mediante inducción electromagnética...."
He de hacer mención de que la tecnología expuesta data de los años 1970, por lo que en consecuencia, en el presente año 2007, debe estar muy mejorada.
CONCLUSION
Para la elección del horno debemos evaluar o construir aquel que preferentemente sea de Inducción con alcance de temperaturas igual superior a los 2.250º C, a fin de poder tener un amplio margen en igual o menor cuantía con la que poder llegar a obtener por dicho sistema el mejor rendimiento.
Para ello se propone como mejor solución un horno de inducción sin núcleo, de alta frecuencia, compuesto por un crisol construido con tungsteno (5) y soldadas las piezas que lo conforman con soldadura "TIG" (Tungsten Inert Gas) que nos garantiza al emplear un electrodo permanente de tungsteno su elevada resistencia a la temperatura (el tungsteno funde a 3.410º C). Al ir acompañada por la protección del gas, la punta del electrodo apenas se desgasta tras un uso prolongado. Los gases mas utilizados son el argón y el helio o mezcla de ambos.
La gran ventaja de este método de soldadura es la obtención de cordones más resistentes, más dúctiles y menos sensibles a la corrosión que en el resto de los procedimientos, ya que el gas protector impide el contacto entre el oxígeno de la atmósfera y el baño de fusión. Otra ventaja es la de poder realizar soldaduras limpias y uniformes debido a la escasez de humos y permitir la visibilidad de la soldadura además de la minimización de las deformaciones.
Este crisol resiste perfectamente las altas temperaturas que se consiguen en el interior del horno, más de 2.250º C, puesto que el tungsteno, como ya se indica anteriormente, funde a los 3.410º C. Además está soportado y rodeado exteriormente por un refractario (9) que sirve de cuna y amortiguación al crisol y a su vez al soporte reforzado y hecho de estructura metálica con hormigón o cualquier otro material que sirve de apoyo a la refrigeración, etc.
En su parte inferior tiene la entrada del agua (8) y por la superior la boca de salida (10), situada en la tapa del horno y que coincide con la válvula de presión, de la Columna de Disociación, todo ello construido de tungsteno, que hace su apertura y cierre automáticamente según sean las descargas de vapor de agua a dicha Columna. Para que el procedimiento sea continuo, la entrada de agua por el fondo del crisol deberá ser de la misma cantidad que la de salida a la columna.
El proceso que se origina en el interior del horno es semejante al que tiene lugar en una olla a presión o autoclave, solo que a mucha mayor temperatura.
Las condiciones de presión y temperatura en el interior de la olla a presión (1→2) impiden la ebullición del líquido, salvo si se enfría rápidamente el vapor de agua provocando un rápido descenso de la presión (2→3).
En contra de lo que se cree, en el interior de una olla a presión el agua no llega nunca a hervir. Lo que acelera la cocción es el simple incremento de la temperatura del agua. Al observar el diagrama de la figura, la ebullición se logra siempre y cuando se consiga atravesar la denominada "línea de cambio de estado", la que separa las zonas de líquido (L) y gas (G) en el diagrama termodinámico. Sin embargo, cuando se cierra el horno, olla, etc. la mayoría del gas contenido en su interior será aire, no vapor de agua, de modo que en todo momento la presión en el interior será la suma de la debida al vapor de agua, cuya cantidad se va incrementando por efecto de la evaporación a medida que aumenta la temperatura, y al aire, cuya presión parcial es la responsable de que a medida que se calienta la olla u horno, la presión se aleje mas y mas de la saturación, lo que impide la ebullición del agua en el interior, es decir, la línea de cambio de estado no corta nunca a la
Línea 1-2 que representa la evolución de las condiciones de presión y temperatura en el interior del recipiente cerrado.
Del mismo modo, una vez alcanzada la temperatura máxima que determina la válvula (por su peso) en el interior del horno, ésta no puede modificarse, y mantenerla a fuego fuerte no acelera la cocción si no que simplemente incrementa la evaporación de agua y las pérdidas de vapor por la válvula el cual penetraría en la Cámara de disociación. Al entrar esta agua, por ejemplo, a 2.250º C se convierte en vapor instantáneamente y teniendo en cuenta que, a 1.000º C se disocia el 2% y a 2.000º C llega hasta el 12%, obtenemos un porcentaje elevado de Hidrógeno y Oxígeno disociado, listo para evacuar lo antes posible con objeto de evitar su recombinación rápida al encontrarse mezclados.
La Tapa (1) es portadora de las orejas de sujeción (4) a la Columna de disociación, y tanto en la parte superior como en la inferior, sobresaliendo exteriormente , asomarán los tubos de cobre cuadrados o rectangulares (2) que rodean perimetralmente, en espiral, toda la superficie cilíndrica del horno, transportan la corriente inducida y por su interior correrá el agua de refrigeración, seguidamente irá una capa metálica que conformará la estructura del horno (6) y encima rodeando todo el horno dispondrá de la protección de un forro de plomo como el resto de la máquina.
Hasta aquí se ha definido la forma y elementos necesarios para conseguir nuestro primer propósito que es conseguir la temperatura deseada en un medio resistente.
B.- Refractarios
Por lógica, si existen hornos que alcanzan los 3.500º C, es que hay refractarios que soportan dicha temperatura, o que utilizando una refrigeración externa adecuada hace que el refractario se mantenga dentro de los condicionantes exigidos sin alteraciones notables a diferentes temperaturas, dependiendo de su grosor y proximidad a la fuente de calor.
Hay que tener en cuenta, que lo que se va a calentar es agua que de forma continua entra, se calienta y sale sobrecalentada también continuadamente, manteniendo constante su circulación. Eso se pretende .
Aún así, hay refractarios cromosos a base de cromita (Fe.Cr2O3) que por sus características, facilita su manejo, manipulación y precios, que pueden ser empleados.
La refrigeración externa adecuada hace que el refractario se mantenga dentro de los condicionantes exigidos sin alteraciones notables a diferentes..temperaturas.
Para otros casos se emplean los constituidos por Alumina pura sinterizada (Alundum, Abusil), por Oxido de Zirconio (punto de fusión 2.175º C), por Oxido de Torio, (punto de fusión 3.050º C), oxido de Berilio, (2.530º C), etc. Estos últimos se enumeran de modo informativo de su existencia en el mercado aunque son de un costo elevado, pero dependiendo su rendimiento al uso que se les vaya a dar posteriormente. Como agentes resistentes a altas temperaturas también encontramos las cerámicas que llegarían a resistir 3.500º C como sucede con la estudiada en Japón para la construcción de motores de combustión para automóviles, que mejoran y soportan las condiciones de trabajo a que son sometidas actualmente.
C.- Válvula Especial de Presión.
Continuando ascendentemente y describiendo el proceso según los distintos mecanismos que debemos tener en cuenta según su aparición, nos encontramos con la Válvula que deja pasar el vapor de agua sobrecalentado, aproximadamente a 2.250º C, y que presenta características muy especiales ya que debe ser accionada por la presión que se origina en el interior del horno de calentamiento del agua. No deberá estar accionada por ningún mecanismo metálico, como presostato, muelle regulable, etc, por ello se propone construir una de Tungsteno que como se expuso su punto de fusión es de 3.410º C y en consecuencia sería el material apropiada para resistir largo tiempo la temperatura de 2.250º C a que se presupone va a ser sometida. Por tanto será accionada por gravedad para cerrarse y por la presión interna que ejerce sobre ella el agua que penetra por el fondo del horno, para abrirse al empujarla.
Podría ser a groso modo como la que se expone a continuación:
Estaría compuesta por un cuerpo cilíndrico perforado longitudinalmente (1), teniendo su borde o corona circular superior una inclinación hacia su eje de aproximadamente 45º (2). En su interior se alojará y deslizará a modo de "pistón" un cuerpo prismático (3) de base en forma de cruz, cuyas aristas estarán distanciadas unas décimas menos que el diámetro interior del cilindro que llamaremos "cuerpo"(1) el cual permite que por su interior se deslice sin oscilaciones el referido pistón que además tiene la particularidad de que sus caras son cóncavas longitudinalmente, aumentando de esta manera la cantidad de vapor que dejaría pasar a su través.
Al estar posicionada, sobre la tapa del horno, verticalmente, el pistón se desplazaría por gravedad hacia abajo. Sobre él y formando parte de él, se situará una esfera, (4) del mismo material que el resto de la válvula, de diámetro superior al del exterior del cuerpo, de tal forma que cumpla la doble función de impedir la caída del pistón y haga de cierre hermético con el cuerpo al asentarse perimetralmente sobre el borde superior del cilindro que tiene 45º de inclinación hacia el eje a semejanza de las válvulas del motor de explosión. El peso de dicha esfera o "cabeza" estará calculado para que la presión ejercida desde dentro del horno esté limitada o sea igual a la ejercida por el vapor.
Lo cual nos lleva a la necesidad de rellenarla con metales pesados, como por ejemplo acero al tungsteno, u otro metal pesado que aunque su punto de fusión sea menor que el existente a su alrededor (p.e. plomo) al estar ocupando el interior de la cabeza impediría su derrame.
El pistón o pieza corrediza (3) de apertura o cierre que controla el paso del vapor, llevaría uno o mas topes (5) en la parte inferior a modo de tetones, dejando holgura suficiente para permitir la salida del vapor de agua hacia arriba pero que llegado a una apertura calculada, dichos topes impidan que empuje en demasía el pistón y se salga por arriba. Hay muchos sistemas para impedirlo.
VALVULA DE PASO A PRESION
La sujeción de esta válvula se hará mediante el roscado de la misma que encajará en una abertura centrada en la tapa inferior de la Columna de Disociación cuyo centro se prolongará con forma exterior cónica para su encaje y posicionamiento con la tapa del horno que dispondrá de una concavidad de igual forma que el saliente de la tapa de la Columna anteriormente descrita. Puede instalarse mas de una válvula por si se atascasen, pero estarán reguladas exactamente iguales, puesto que sobre ellas la presión se ejerce por igual a la salida del horno
La tapa del horno sobre la que se apoya la columna de disociación es de tungsteno y su centro está regruesado suficientemente para encajar perfectamente la base inferior de la columna de tal manera que encaje una en la otra mediante salientes y rebajes trococónicos al encajar y ajustar perfectamente por tener la sección en plano inclinado. Después se fijan y aseguran con cuatro pernos y tuercas situados equidistantes en el perímetro de la boca o base de la columna.
En el centro de la boca de unión y comunicación del horno y columna disociadora estará roscada y fijada la válvula de paso descrita anteriormente, de tal forma que soltados los cuatro pernos que la fijan exteriormente y girada hacia la izquierda a derecha repetidamente, puede tirarse de la columna hacia arriba, mediante diferencial u otro mecanismo, quedando a la vista la válvula para revisión, sustitución, ajuste, etc.
Un exceso de refractario echado sobre la tapa del horno, servirá de sellado al conjunto cuando se presione encima y ajuste la columna, el cual una vez seco quedará hermético.
Los circuitos de refrigeración tanto del horno como de la columna serán independientes aunque pueden estar alimentados de un mismo colector.
Por ser un componente importante y delicado, ya que puede sufrir deformación por diferencias de dilatación a causa del calor, obstrucción de la válvula, etc. deberá disponerse de otra válvula de repuesto junto a cada horno a fin de evitar las pérdidas de tiempo en su reposición o reparación.
D.- COLUMNA DE DISOCIACION
Antes de describir y razonar cada uno de los componentes que configuran dicha Cámara de Disociación quiero hacer mención de distintos conceptos, cualidades y números del Hidrógeno que sirven de base o fundamento para llevarnos al convencimiento de la utilidad de los "pasos" que se proponen.
La longitud de onda y la frecuencia determinan una de las características importante de los campos electromagnéticos. Las ondas electromagnéticas son transportadas por partículas llamadas cuantos de luz. Los cuantos de luz de ondas con frecuencias más altas (longitudes de ondas más cortas) transportan más energía que los de las ondas de menor frecuencia (longitudes de ondas más largas). Algunas ondas electromagnéticas transportan tanta energía por cuanto de luz que son capaces de romper los enlaces entre moléculas. De las radiaciones que componen el espectro electromagnético, los Rayos X entre otros, tienen esta capacidad y se conocen como "radiaciones ionizantes". Las radiaciones compuestas por cuantos de luz sin energía suficiente para romper los enlaces moleculares, se conocen como "radiaciones no ionizantes". Las fuentes de campos electromagnéticos generadas por el hombre que constituyen una parte fundamental de las sociedades industriales (la electricidad, las microondas, los campos de radiofrecuencia, etc.) están en el extremo del espectro electromagnético correspondiente a longitudes de onda relativamente largas y frecuencias bajas y sus cuantos de luz no son capaces de romper enlaces químicos.
El campo eléctrico en el caso de la generación de hidrógeno por descomposición del agua, juega un papel importante al crear las condiciones en la molécula expuesta a la radiación solar, para su división, por el estiramiento de la misma (elongación) hasta una situación denominada de "cuasi-resonancia". Este estiramiento se origina porque los dos componentes del agua responden a distintas polaridades del campo eléctrico, lo cual posibilita el llevar a la molécula al límite de su estabilidad, que ante la presencia de choques energéticos con los fotones o cuantos de luz, se divide en sus dos componentes: Oxígeno e Hidrógeno.
En consecuencia pretendemos previamente conseguir que la molécula de agua mediante termólisis, se elongue lo mas posible para entonces hacerla pasar por la Torre de Disociación donde será bombardeada con Rayos X de alta frecuencia (longitud de ondas cortas) que cargados de energía chocarán con el agua elongada o sea con su unión molecular debilitada, terminando por separase sus componentes.
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Fig. 01.15.-Las distintas partes del espectro electromagnético se diferencian por su frecuencia o por su longitud de onda. Las ondas más largas (de menor frecuencia) son las de radio y televisión cuyas longitudes oscilan entre unos cuantos metros y unos mil kilómetros. Las de microondas tienen entre 1 y 0,001 m. Con longitudes de onda más pequeñas, que van desde 10-3 hasta 7 × 10-7 m, se hallan los rayos infrarrojos. Luego viene la que conocemos como luz o región visible del espectro, que va desde el rojo (7 × 10-7 m) hasta el violeta (4,5 × 10-7 m). Por su parte, las ondas electromagnéticas con frecuencias más altas que las visibles son las siguientes: los rayos ultravioletas (desde 4 × 10-6 a 5 × 10-8 m); los rayos X (de entre 10-8 hasta 10-11 m), y los rayos gamma, que a veces llegan a tener longitudes de hasta 10-13 m. |
El fotón es la partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético. Es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética, rayos gamma, rayos X, luz ultravioleta, luz visible, infrarroja, microondas y de radio.
Esto es básicamente la función de la Columna de Disociación, pretendiendo realizar los ensayos necesarios hasta equilibrar los rendimientos y condicionantes que los parámetros temperatura y radiaciones sean los mas idóneos, menos contaminantes, costosos, y que las energías que aporta cada uno se complementen, proporcionando el máximo rendimiento y economía en el sistema, de tal forma que no llegue a alcanzar el empleo de 5 kW (en total) para conseguir obtener 1 m3 de Hidrógeno, tomando esta ecuación o ley como base fundamental, para que sea económicamente viable el procedimiento, y bajo el condicionante de ser el costo del kW consumido el producido por Aerogeneración o viento, que al igual que la energía solar, es natural.
En función de su frecuencia, las radiaciones electromagnéticas pueden tener o no tener efectos biológicos. Las radiaciones ionizantes son ondas electromagnéticas de frecuencia muy alta, como los rayos gamma, que contienen una energía fotónica suficiente como para romper los enlaces químicos que mantienen unidas las moléculas de la célula. Son por tanto, capaces de dañar el ADN. Aunque la energía fotónica de la radiación no ionizante - frecuencias de 1 a 1017 Hz - es demasiado débil para romper enlaces químicos, también tiene efectos biológicos, como son el calentamiento y la inducción de corrientes eléctricas en los tejidos y células.
La teoría de las ondas electromagnéticas expuesta anteriormente son en síntesis los principios en los que se basa y fundamenta la Patente de Invención sobre la "Obtención de Hidrógeno por Disociación del Agua".
La energía solar térmica permite alcanzar temperaturas del orden de 750 -1.500º C y conseguir la disociación del agua con eficiencias superiores al >50 % respecto a la conversión del calor a esa temperatura en hidrógeno, lo que supondría poder alcanzar costes competitivos con otros métodos de producción. Luego si la molécula a 1.000º C de temperatura es bombardeada con ondas electromagnéticas con energía que supliera o complementara hasta llegar al equivalente 2.000º C o algo mas, se habría conseguido la total disociación del agua.
Como medida de la dosis de radiación a aplicar para ser absorbida en la mas exacta cantidad posible por un material, se utiliza habitualmente la cantidad de energía que suministra la radiación a una unidad de masa del material (por ejemplo agua). La unidad utilizada para la dosis absorbida en el Sistema Internacional es el Gray (Gy)
1 Gy = 1 J/Kg.
Una dosis absorbida de 1Gy indica que se ha suministrado 1 Joule de energía 1 Kgr. de materia.
Hay otras unidades de medida que omito por no venir al caso.
Los tiempos de exposición de los Rayos X, se refiere al intervalo durante el cual se producen los Rayos X. Se mide en impulsos, porque los Rayos X se crean series de golpes o pulsos y no en un chorro continuo. Cada 1/60 segundos se presenta un impulso por lo que hay 60 impulsos en un segundo.
La intensidad es la energía total contenida en un haz de Rayos X en un área específica en un momento determinado.
La distancia afecta a la intensidad del rayo por lo que debe tenerse en cuenta al posicionar las emisiones sobre el vapor de agua.
La salida de Rayos X de una máquina con rectificador de onda completa se produce 100 veces por segundo en lugar de los citados rectificadores de media onda.
.Los tubos de Rayos X con fines generales utilizan ánodo rotatorios que producen haces de Rayos X de alta intensidad en breve tiempo.
Hay dos conceptos fundamentales que caracterizan a las radiaciones ionizantes: Su capacidad de ionización es proporcional al nivel de energía y la capacidad de su penetración es inversamente proporcional al tamaño de las partículas.
Las características del equipo emisor de Rayos X pudieran ser semejantes o parecidas a las que se expusieron anteriormente de la Empresa Siemens, Tipo Mobilett XP Hybrid.
La Radiación Secundaria o por diseminación, son las que van en todas direcciones a partir del segundo objeto irradiado, debilitándose ésta al alejarse de las fuentes de radiación primarias.
Con toda la información expuesta quedan contestadas casi todas las preguntas que podríamos hacernos sobre los beneficios que obtendríamos al utilizar las ondas electromagnéticas cualesquiera que sean las que interese utilizar.
Todos los ensayos y experiencias que se hagan para conseguir el rendimiento óptimo en todos los conceptos, están determinados por obtener el equilibrio de la balanza en los parámetros a utilizar y su costo de obtención. Así por ejemplo tendremos que empezar equiparando la temperatura mas baja que consideremos imprescindible para empezar los ensayos, con las ondas electromagnéticas de mayor energía y seguir así sucesivamente aumentado la primera y disminuyendo la segunda hasta quedar emparejadas en el punto de mayor rendimiento. Una vez conseguido esto continuaremos experimentando con ondas del tipo Beta que no son tan perjudiciales para la salud, aunque esto como ya se expuso no incide grandemente en los resultados toda vez que al estar totalmente cerrada la Columna de disociación las ondas ionizantes quedarían encerradas dentro sin posibilidad de escape y allí perderían su energía al chocar constantemente con las paredes metálicas de tungsteno hasta su dispersión o diseminación.
Con los Rayos ultravioleta ocurre otro tanto como veremos mas adelante.
La Columna de Disociación es de forma cilíndrica (1) con la base inferior cerrada (2) y portando la válvula de Paso a Presión (3) que da entrada al vapor de agua a 2.250º C en dicha Columna, recibiendo perpendicularmente desde arriba un chorro de Rayos X (4) u ondas electromagnéticas de gran energía que al chocar con las moléculas de vapor de agua que todavía no se hayan disociado, pero que están elongadas y debilitados sus enlaces por la temperatura que transportan rompiendo la poca resistencia que pudieran oponer a dicha acción. Si aún persistieran en seguir unidos sus componentes como de la torre o columna no hay otra salida que no sea la del hidrógeno y oxígeno, seguirían actuando repetidamente sobre dicha molécula hasta su total disociación.
El cilindro está constituido por varias capas superpuestas, unas a otras, que conforman. La interior (5) es de tungsteno, delgada, y reforzada exteriormente por una estructura de varilla que refuerza el conjunto con hormigón y refractario (6) cuya formaleta exterior o forro, es de chapa de hierro (7), la cual va recubierta, para proteger a toda la unidad, con plomo de 2/3 cm. de grosor (8). Toda la Columna y demás elementos que componen la máquina, está totalmente forrada de plomo.
De su base (2) sobresalen perimetralmente cuatro orejas (9) del mismo material, perforadas que fijan y centran la columna a la tapa del horno de inducción que es la contratapa de la anterior. Cada "oreja" tiene una perforación donde otros tantos tornillos, las centran y sujetan perfectamente.
Interiormente, cuelga del techo o base superior dos conjuntos de tubos comunicados a sendos depósitos, separados horizontalmente, para formar el ánodo (-) y cátodo (+) que separará, el Oxígeno y el Hidrógeno. Cada conjunto polar se compone de dos depósitos superpuestos e independientes (Rojo y Verde) que soportan tubos de tungsteno que por un extremo están conectados a uno de los depósitos, el inferior, y por el otro al depósito superior atravesando el primero. Los depósitos "verdes" sirven de conducto al agua fría que se bombea del exterior o de circuito cerrado de refrigeración, penetra por un extremo del tubo, baja recorriéndolo en toda su longitud y vuelve a subir para descargar el agua que habrá absorbido el calor de dicha zona para llenar el depósito verde pasando a través del "rojo". De este depósito rojo de agua caliente, o se enfría volviéndo en circuito cerrado a servir de refrigerante, o se desecha.
Los tubos que sobresalen del perímetro de la torre son los colectores de agua (roja y verde) de ambos depósitos. Los tubos salientes "Azul" y "Amarillo" (10) y (11) respectivamente son las salidas de extracción del Hidrógeno y Oxígeno.
El fondo de los depósitos tienen una inclinación ascendente hacia el perímetro de la columna para que al separarse y concentrase a ambos lados el oxígeno y el hidrógeno resbalen hacia arriba y en dirección a la periferia del cuerpo de la columna de donde salen varias tomas (10) y (11) para extraer los gases citados mediante bombas adecuadas.
El Hidrógeno y el Oxígeno se separarán por polaridad toda vez que por el interior de los tubos de tungsteno de refrigeración (12) irán cables o varillas de cobre que llegarán hasta la curva inferior, por el interior del tubo. Por la parte superior estarán todos estos terminales unidos formando una malla, una en el fondo del depósito del agua fría y otra en el de agua caliente, saliendo al exterior por el interior del tubo del ánodo y del cátodo. Estos tubos están refrigerados para no perder fuerza de atracción polar debido al calor reinante en el interior de la columna.
Dicha columna de Disociación tendrá una longitud suficiente para que epolares n la zona inferior, la más próxima al horno y nada mas salir por la Válvula de Presión, se expanda el vapor de inmediato, que está a 2.250ºC /2.500º C de temperatura, y se disocie en Hidrógeno y Oxígeno, con lo cual su temperatura descenderá notablemente transportando los gases el saldo del calor correspondiente. Al mismo tiempo recibirán las radiaciones suficientes para completar el máximo (100%) de disociación al romper los enlaces elongados de vapor de agua todavía no separado.
Superado este espacio por el empuje de la presión de los gases disociados que seguirán llegando ascendiendo por la Columna ya convertido en H y O a otra zona mas alta pero mas refrigerada.
El croquis que se acompaña a continuación es suficientemente para clarificar cualquier duda que se tenga por incomprensión de lo escrito.
NOTA:
Es aconsejable y se ha pensado precisamente por las consecuencias que pudiera acarrear el posicionar este sistema de obtención de HIDROGENO, el situarlos en el interior de las columnas que soportan los aerogeneradores, de por ejemplo 1 MW de potencia, pues estando en su interior cuya base mide 6 metros de diámetro es capaz de contenerla. En dicho aerogenerador tenemos la electricidad, transformadores, cuadros de mando, convertidor, capacitor, etc. y se sitúan Offshore, aparte de conseguir mayor rendimiento nos facilitaría el suministro de agua para la refrigeración de cualquier necesidad.
Del aerogenerador saldría el Hidrógeno por tubería de acero inoxidable tipo 316-L por el fondo del mar, para que no habiendo fugas ni contacto con el aire sería imposible que estallara dada su inestabilidad. También si hubiera algún escape de radiaciones perjudiciales, el viento y el agua del mar se encargaría de disiparlas evitando todo perjuicio.
RESUMENES Y CONCLUSIONES
1ª-ENERGIA
Será del tipo eléctrica generada por el viento mediante aerogeneradores principalmente situados sobre el mar para que su rendimiento sea mayor, y las pérdidas debido a las "calmas," sean menores que los posicionados sobre tierra.
Este emplazamiento u offshore facilita la ubicación del disociador en el interior del aerogenerador, la refrigeración de los elementos o aparatos eléctricos a emplear y la evacuación del agua sobrante.
El costo de ésta energía es el del mantenimiento del aerogenerador que según "Gamesa" se aproxima a 0,01 €/kW producido, más lo que se acuerde para la amortización. (Turbinas MAGLEV)
2ª-OBTENCION DE TEMPERATURA
Para conseguir la temperatura de disociación molecular del agua, o al menos su elongación próxima a la rotura molecular, debemos contar con un horno de Inducción sin núcleo que alcanzaría, según lo expuesto anteriormente, la temperatura de 2,250º C, con su correspondiente refrigeración, y elementos eléctricos necesarios. Ahora bien, el crisol deberá estar construido de Tungsteno que funde a 3.450º C, sus cualidades conductoras son bastante apropiadas, así como resistencia mecánica, oxidación, etc.
Este crisol estará manufacturado con soldadura TIG y se apoyará sobre una cama envolvente de refractario adecuado a la menor temperatura que tiene que soportar ya que deberá atravesar el crisol y estará soportando la refrigeración para facilitar su función.
A su vez, todo ello se soportará dentro de una envolvente de estructura de hierro o ferralla que reforzará el hormigón de relleno. No hace falta que sea basculante pero si que disponga de una entrada de agua por el fondo que compense la que sea trasferida a la columna de disociación.
La unión del horno y columna será hermética y en esta unión irá sujeta la válvula de presión que dará salida del horno al vapor de agua a la temperatura adecuada y ya indicada. También será de tungsteno y ensamblarán a modo de "bayoneta" con un cuarto de giro como se hace con algunas bombillas principalmente en los faros de los coches antiguos.
3º.- COLUMNA DE DISOCIACION
Estará situada encima de la boca del horno y en consecuencia de la válvula de presión para que penetre en dicha columna el vapor a presión y se encuentre enfrentadamente con las radiaciones electromagnéticas que desde el cenit de la misma le envía una cabeza productora de ellas, con la intensidad suficiente, energía adecuada y capaz de romper los enlaces moleculares elongados separando el hidrógeno del oxígeno.
Esta columna estará forrada interiormente con tungsteno unidos sus componentes con soldadura TIG igual que todo el resto del equipo pues con ella se evitan burbujas, escapes, oxidaciones, etc. haciendo estanca todo la instalación.
También dispondrá de refrigeración si así lo precisase independiente de la del horno o procedente del un colector adecuado a ello, para que su temperatura descienda desde los 2.500º C en su base a los 500º C de su tercera fase, como ya se explico.
4º-ONDAS ELECTROMAGNETICAS
Se habló en las especificaciones de "materiales a emplear" de la utilización de ondas de alta energía, hasta Ionizantes, pero se es partidario de emplear las que sean de menor complejidad, peligro por escapes o que en las reparaciones puedan presentar. Es preferible el empleo (previo estudio) de radiaciones Beta producidas por rayos catódicos de alta energía, que los Rayos X, cuyo uso implica riesgos para el ser humano si no se toman las debidas precauciones estipuladas por Ley y cuyas normas básicas se traducen en "la limitación del tiempo de exposición, en la utilización de pantallas o en los blindajes de protección y en la distancia de la fuente radiactiva". Las dosis y vigilancia están reguladas y contempladas todas sus variantes por el Consejo de Seguridad Nuclear y por Entidades o Instituciones expresamente autorizadas.
La Fotodisociación del agua, según "Ventanas al Universo" (The COMET Program) nos muestra la forma de que un Fotón Ultravioleta (UV) puede descomponer una molécula de agua. Cuando el Fotón golpea la molécula de agua (H2O) transfiere energía a la molécula. Esta energía adicional rompe uno de los enlaces entre el átomo de oxígeno y uno de los átomos de hidrógeno. El átomo de hidrógeno (H) se aleja de lo que queda de la molécula, lo que se denomina "Radical Hidroxilo" (OH). Esto se conoce como "Fotodisociación"
La fuente de este material es "Windows to the universe" (Ventana al Universo) de University Corporation for Atmospheric Research (UCAR) Universidad de Michigan (C registrado)
De igual forma comenta que el fotón ultravioleta (UV) golpea el Radical Hidroxilo y su energía al ser transferida al átomo de oxígeno, rompe el enlace entre este y el hidrógeno, quedando roto su enlace y separado el uno del otro, o sea por Fotodisociación
Las Palmas de G.C., Agosto de 2008
Fdo.: Antonio Víctor de la Vega Montero
P.D:- En el croquis o plano adjunto, puede entenderse mejor la posición de cada componente y su funcionalidad. Está elaborado sin escala ni detalles demasiado corrientes o específicos ya conocidos por todos.
Las planchas de tungsteno con pureza de 99,95% y grosores de hasta 5 y 10 mm, así como varillas o barras pueden conseguirse en los diferentes países que tienen representación de Goodfellow.
En España ""Panreac Química, S.A. Email:yolandam@panreac.com telf.: 34902295195. Web: www.panreac,com.
INFORMACION COMPLEMENTARIA
CALCULO TEORICO DEL
CONSUMO GENERALIZADO DE ENERGIA
HORNO DE INDUCCION
QA = Calor sensible o calor para pasar 1 l. de agua de 20ºC hasta 100ºC.
Con el fin de no hacer los cálculos con grandes cantidades, tomaremos inicialmente como cantidad idónea la capacidad del horno de 250 litros y la temperatura de trabajo, la de 500º C. Sustituyendo en la ecuación anterior, teneos:
QA = m C(t2 - t1) = 250.000 gr x 1 cal/gr ºC(100 - 20)ºC = 250.000 x 80 =
= 20.000 kcal.
QB = Calor latente de vaporización, es el calor necesario para pasar el agua líquida a 100º C a vapor a 500º C.
QB = mLV =250.000 gr. X 540 cal/gr. = 135.000 kcal.
QT = Calor necesario para pasar el agua desde 20º C hasta vapor a
100º C.
QT = QA + QB = 20.000 kcal + 135.000 kcal = 155.000 Kcal.
NOTA.- Parte del calor que se extrae del agua de refrigeración del horno o de la columna de disociación así como del cabezal emisor de las ondas electromagnéticas, no es cien por cien eficiente, por lo que a fines estimativos y de cálculo, consideramos que el calor que se recupera al ser transferido al agua que va a ser inyectada en el horno, es equivalente a la energía eléctrica que se pierde por ineficiencias de transmisión del calor al agua, por lo que la energía a suministrar es de aproximadamente155.000 kcal por kilo de agua a disociar.
Convirtiendo las 150.000Kcal a kW - hora. Tenemos:
155.000 kcal x (kW-Hora/860 Kcal) = 180,23 kW-hora
Considerando que el costo de la energía eléctrica producida por un aerogenerador es de 0,01 € por kW-hora producido por concepto de mantenimiento, dado que el combustible es el aire, solamente habría que añadir el porcentaje estimado de amortización de toda la instalación para obtener el costo total del producto, resultante de tratar 250 litros de agua a 500º C., o sea 0,01 x 180,23 kW = 1,89 € + amortización.
En la Memoria del proyecto se habla de 2.500º C de temperatura y otras cantidades por hora de parámetros, por lo que solamente tendremos que multiplicar por el múltiplo de veces que comprende ésta.
Por ejemplo: Para T=2.500º C = 180,23 kW-h x 5 = 901,15 kWh
Permaneciendo constante el volumen o sea 250 litros del Horno.
NUMERO DE MOLECULAS CONTENIDAS EN 1 L. DE AGUA
55,55 x 6,023 x 1023 = 335 x 1023= 33,5 x 1023(cuatrillones de moléculas)
El peso molecular del agua es 18. Si 18 gramos son 1 mol de moléculas, 1.000 gr. son x. Una regla de tres simple;
X = 1.000/ 18 = 55,55 moles
Y multiplicando el número de moles por el número de Avogadro que es 6,023 x 1023, nos da como resultado el enunciado anteriormente.
CONSUMO DE LAS ONDAS ELECTROMAGNETICAS
No puede calcularse con exactitud debido a que no sabemos cuales vamos a utilizar y en que cuantía, por consiguiente debemos atenernos a las características de los aparatos de Rayos X, enumerado en la Memoria y cuyas potencias vienen dadas por cada una de las máquinas, que en este caso es Mobilett XP Hybrid, cuya potencia máxima está estimada en 30 kW a 96 kV 10 ms.
TOTAL DE ENERGIA A CONSUMIR
Si sumamos los conceptos enumerados, con un Aerogenerador de potencia equivalente a 1,5 MW seria suficiente para .alimentar toda la planta incluido el gasto de separación de H+ y O=. por polaridad, bombas de refrigeración, alimentación del horno y cuantos elementos auxiliares sean necesarios.
PRODUCCION ESTEQUIOMETRICA DE HIDROGENO
La reacción ajustada sería:
2H2O --------à 2H2 + O2
Los coeficientes indican que cada molécula de agua (H2O) se formarán dos moléculas de hidrógeno (H2) y una de Oxígeno (O), o sea:
2 moles de agua ---à 2 moles de H2 + 1 mol de Oxígeno
2 moles: 18 g/ mol = 2 moles:2g/ mol = 1 mol: 32g /mol =
---à +
= 36 g de agua =4 g. de hidrógeno =32 g. de Oxígeno
Si ahora nos piden una masa cualquiera de las sustancias, por una simple proporcionalidad directa, podemos conocer las demás:
Si a 36g de agua corresponden 4 g. de hidrógeno, a 33,5 x 1023 corresponderán X, o se que sustituyendo valores y haciendo operaciones nos da como resultado, para la capacidad del horno por hora la cantidad de
X = 335 x 1022 g de HIDROGENO-HORA
Las Palmas de G.C. a 8 de Diciembre de 2008
Antonio Víctor de la Vega Montero
D.N.I. 01.319101-M
lo que me hago entender es que ubo una vez fuera de la ciudad donde no habia energia electrica que tenia un recipiente de plastico lleno de un liquido que ervia y al hervir producia corriente para soldar hierro si es con hidrogeno o es con acido sulfurico