Reator de Hidrogênio

UNIVERSIDADE DA REGIÃO DE JOINVILLE – UNIVILLE

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

GERADOR DE HIDROGÊNIO

ANDERSON L. P. DE CORDOVA

CRISTIANE PACHADT

DIEGO RIBAS LANDOSKY

EDUARDO RIBAS

MATHEUS SLUMINSKI

ENG. RICARDO TEIJEIRO

Introdução a Engenharia Mecânica

São Bento do Sul

2015

ANDERSON L. P. DE CORDOVA

CRISTIANE PACHADT

DIEGO RIBAS LANDOSKY

EDUARDO RIBAS

MATHEUS SLUMINSKI

GERADOR DE HIDROGÊNIO

Trabalho acadêmico, apresentado ao curso de Engenharia Mecânica da Universidade da Região de Joinville – Univille – sob orientação do Professor: Eng. Ricardo Teijeiro.

São Bento do Sul

2015

INTRODUÇÃO

Este trabalho tem como objetivo aprimorarmos as nossas competências e habilidades, estabelecendo a relação entre o conteúdo teórico com a prática, e a aplicação do conhecimentos adquiridos no estudo de geração de energia utilizando o hidrogênio. Esse elemento existe na Terra em sua forma livre (H2) somente em pequenas quantidades, porém pode ser produzido a partir de uma variedade processos químicos, biológicos, eletrolíticos, fotolíticos e termoquímicos.

Desenvolvemos um gerador de hidrogênio, que, por meio da eletrólise da água é a forma eletroquímica mais comum de extração de do elemento, separando H2O em hidrogênio e oxigênio. O hidrogênio é um composto com grande capacidade de armazenar energia, e se produzido a partir de fontes renováveis, como hidráulica, solar ou eólica, ele torna-se um combustível renovável.

• O HIDROGÊNIO

O hidrogênio é elemento mais simples, constituído por um núcleo contendo um próton com um elétron orbitando em sua volta (elemento descrito na forma fundamental), também é o elemento mais abundante no universo, mas na crosta terrestre é relativamente difícil de encontrar esse gás (H2). Pode ser obtido através de eletrólise, reações de metais com ácidos, reações de carvão ou hidrocarbonetos com vapor de água a alta temperatura.

Um exemplo do potencial energético do Hidrogênio está na fonte de energia do Sol - compõe 30% da massa solar. É com a energia do hidrogênio que o Sol aquece a Terra, favorecendo a vida em nosso planeta.

Esse elemento não é encontrado livre na natureza em sua forma atômica, é localizado sempre na composição de outras substâncias. Sua grande instabilidade o torna muito reativo. O hidrogênio perdendo um elétron fica na forma de cátion H+, ganhando um fica na forma de ânion H¯, presente apenas em combinações com metais alcalinos e alcalino-terrosos.  Os íons também são de grande importância no organismo, atuam no metabolismo celular acentuando a velocidade de reações bioquímicas.

Principais fatos da história do elemento:

1766 – Descoberta do hidrogênio pelo cientista britânico Henry Cavendish, que foi chamado inicialmente de “ar inflamável”.

1776 – Criação do gás Oxigênio e hidrogênio através da eletrolise, por Martinus Van Marum.

1789 – Descoberta, por Amesterdão, dos elementos que formam a água e suas respectivas massas:  1 parte de oxigênio e 2 partes de hidrogênio.

1860 – Construção do primeiro carro movido a hidrogênio por eletrolise, desenvolvido por Jean Joseph Étienne Lenoir, cientista belgo.

1918 – Primeiro sistema de motor de combustão por hidrogênio foi patenteado por Charles H. Frazer, no EUA.

1977- A NASA realizou ensaios com um motor V8 utilizando o Hidrogênio como combustível, tendo como interesse real, quais os efeitos desse elemento em um motor.

1990 – Patenteado um sistema de energia transformadora para os motores de combustão interna que utilizava vapor de hidrogênio e oxigênio.

2006 - Dennis J. Klein, da Flórida patenteou:  "Instrumento e método para a conversão da água em uma nova forma de gases poluentes e de combustíveis e do gás combustível formado por ela." Chamado de oxi-hidrogênio (HHO).

2008 -  Provou-se que os motores de combustão interna, que é impulsionada com o oxi-hidrogênio roda mais suave que os que utilizam combustíveis convencionais e que polui menos o ar. Expansão de fornecedores desses produtos.  

• ELETRÓLISE DA ÁGUA

Eletrólise é a decomposição (ou alteração de composição química) que uma corrente elétrica provoca ao percorrer um eletrólito. O fenômeno passa-se na superfície dos condutores metálicos (elétrodos) através dos quais a corrente entra e sai da solução eletrolítica. O elétrodo que conduz a corrente para a solução é o ânodo; o outro, através do qual a corrente abandona o eletrólito, é o cátodo. O primeiro tem um potencial elétrico mais elevado (o positivo) que o segundo (o negativo).

A eletrólise da água acontece pela quebra da molécula (H2O) por meio de corrente elétrica. A molécula de água tem um alto nível de ionização, porém é um mau condutor de eletricidade, para que haja condução elétrica é necessário acrescentar uma solução que permite a passagem dos elétrons. Como podemos observar na imagem abaixo.

A molécula de Hidrogênio (H) se separa da molécula de Oxigênio (O), o único cátion existente é o H+, portanto, é ele que sofrerá redução (ganho de elétrons) e produzirá gás hidrogênio, H2 e desse modo, o OH- sofrerá descarga, oxidando-se (perdendo elétrons) e produzirá gás oxigênio, O2: assim pode-se perceber que o hidrogênio vira um cátodo e o oxigênio um ânodo.

[pic 1]

Figura 1: Quebra da molécula H2O

A reação entre o hidrogênio e o oxigênio ocorre com um grande desprendimento de energia, que pode ser novamente convertida em energia elétrica ou simplesmente em energia térmica, como numa grande explosão, porém a quantidade de decomposição química é proporcional à quantidade de eletricidade aplicada.

• A ELETRÓLISE NO GERADOR – O EXPERIMENTO

Ao se aplicar corrente elétrica, a molécula da água é quebrada em seu dois gases fundamentais: H² e O², sendo então estes dois gases direcionados para o sistema de admissão do motor, onde irá se misturar com o ar atmosférico admitido.