Caldera de calefacción de hidrógeno: dispositivo + principio de funcionamiento + criterios de selección.

Los principios de las energías alternativas atraen cada vez más la atención de los consumidores.Esto se debe en gran medida al aumento de las tarifas de los recursos energéticos tradicionales, así como a las perturbaciones periódicas en el mercado de servicios.

En estas circunstancias, una caldera de calefacción de hidrógeno se considera uno de los tipos más prometedores de dispositivos que funcionan con combustible renovable, que es el gas H.₂.

Antes de decidirse a comprar una unidad de este tipo, debe familiarizarse con el principio de su funcionamiento y evaluar las ventajas y desventajas del uso de hidrógeno como combustible. Estos problemas han sido estudiados por nosotros y descritos en detalle en el artículo.

Además, identificamos los parámetros que se deben tener en cuenta al elegir una caldera, brindamos consejos de funcionamiento y preparamos una revisión de los mejores generadores de hidrógeno fabricados en fábrica. Los fanáticos de los productos caseros encontrarán útiles las instrucciones para ensamblar la unidad con sus propias manos.

Propiedades del hidrógeno como combustible.

Como se mencionó anteriormente, el combustible para este tipo de unidades es el hidrógeno, el gas más ligero de la naturaleza, incoloro e inodoro. Entre sus ventajas se encuentran la gran cantidad de calor que se libera durante la combustión del H₂ (121 MJ/kg, mientras que la combustión de propano libera sólo 40 MJ/kg).

En condiciones normales, el hidrógeno arde a una temperatura de +2000°C, pero con la ayuda de un catalizador se puede reducir a +300°C.Esto permite fabricar calderas con acero económico en lugar de costosos metales de tierras raras.

El hidrógeno no es tóxico, lo que hace que su uso sea seguro en la vida cotidiana. Cuando se quema esta sustancia se produce vapor de agua, lo que mejora el microclima interior y no requiere chimeneas.

Al usar hidrógeno, se deben observar estrictamente las reglas de seguridad: si el gas se usa incorrectamente o entra en contacto con una llama abierta, puede ocurrir una explosión destructiva.

Las desventajas incluyen la mayor explosividad del hidrógeno, especialmente cuando se mezcla con aire u oxígeno, lo que conduce a la formación de gas detonante.

Ventajas y desventajas de las calderas de hidrógeno.

Los puntos fuertes de tales dispositivos son:

1. Completamente respetuoso con el medio ambiente. Los productos de descomposición del agua no dañan la atmósfera, son completamente seguros para la salud de las personas y las mascotas.
2. Alto nivel de eficiencia, que puede llegar al 96%. Esto es significativamente mayor que la eficiencia del diésel, el gas natural o el carbón.
3. Ahorrar recursos naturales a través del uso fuentes de energía alternativas.
4. Precio bajo calorías recibidas. Para este tipo de dispositivos basta con agua y un poco de electricidad.

Al mismo tiempo, estos dispositivos también tienen puntos débiles.

Las desventajas incluyen los siguientes matices:

1. Requisitos de mantenimiento. Para la mayor producción de H posible₂, las placas metálicas deben sustituirse cada año. Además de sustituir los electrodos, se debe añadir periódicamente un catalizador para producir la cantidad de energía prevista. La frecuencia de este procedimiento depende de la potencia, así como de las características de un modelo en particular.
2. Alto costo — la instalación en fábrica costará al menos 35-40 mil rublos.
3. Peligro de explosión cuando aumenta la presión normalizada en la caldera.
4. Escasez de cilindros de hidrógeno - Rara vez se encuentran a la venta.
5. Opción limitada. Dado que estos dispositivos de calefacción no son muy comunes en el mercado ruso, no siempre es posible encontrar rápidamente un modelo adecuado, así como especialistas competentes para la instalación y reparación de equipos.
6. La necesidad de comunicaciones.. Para operar el dispositivo, necesita una conexión constante a la fuente de alimentación para llevar a cabo la reacción de electrólisis, así como a una fuente de agua, cuyo flujo depende de la potencia del dispositivo.

Cabe mencionar que los fabricantes prestan gran atención a las nuevas tecnologías y se esfuerzan por mejorar las calderas de hidrógeno, eliminando o minimizando los inconvenientes.

Principio de funcionamiento de la unidad de calefacción.

Debido a su actividad H₂ No se encuentra en la naturaleza en forma pura, pero es bastante fácil aislarlo del agua corriente mediante electrólisis, que también libera oxígeno gaseoso.

En la imagen presentada se puede ver un diseño esquemático de un equipo de calefacción que funciona con hidrógeno, indicando todos los elementos estructurales (+)

Para que el dispositivo de calefacción funcione, primero es necesario obtener H₂. Esto sucede en un compartimento especial reservado para tal reacción. Se vierte líquido en un recipiente en el que se sumergen placas de metal.

Se les suministra una corriente eléctrica de pureza especialmente seleccionada, bajo cuya influencia se libera H.₂ y sobre₂, así como vapor de agua como subproducto.

La mezcla resultante se pasa a través de un dispositivo especial: un separador químico, con la ayuda del cual es posible aislar el hidrógeno y separarlo de otras impurezas. El gas purificado se suministra al quemador, en el que está instalada una válvula.

Impide el movimiento H₂ en la otra dirección, lo que evita una explosión. En este caso, el oxígeno y el vapor de agua se liberan a través de otro sistema en un recipiente especial.

A continuación, el gas hidrógeno pasa a través de la unidad de protección y entra a la cámara de combustión. Aquí reacciona con el gas en presencia de un catalizador, lo que da como resultado la formación de calor, que ingresa al sistema de calefacción de la casa a través de un intercambiador de calor.

El vapor de agua liberado en la cámara se devuelve a través de un canal especialmente designado al depósito con el electrolito, utilizando así el proceso de reciclaje.

El ajuste de potencia se realiza mediante canales especialmente equipados, cuyo número puede llegar a seis. Cada uno de estos dispositivos contiene un catalizador en su interior, por lo que, cuando se enciende, comienza el proceso de generación de calor.

El flujo de gas, calentado a una temperatura de 40°C, comienza a moverse hacia el intercambiador de calor ubicado en la cámara de combustión.

Gracias a los diseños separados, los canales pueden funcionar de forma independiente entre sí, lo que le permite activar solo una parte de ellos.

El proceso de producción de hidrógeno en los modernos dispositivos de electrólisis está totalmente automatizado. El único proceso manual es verter agua en el sistema.

Los modelos modernos también están equipados con varios dispositivos, por ejemplo, indicadores de nivel de agua y sensores de presión, lo que les permite funcionar automáticamente y reaccionar con urgencia en situaciones imprevistas.

Componentes de una planta de hidrógeno

El diseño de un sistema de calefacción que funciona con hidrógeno es bastante sencillo.

Caldera, que desempeña el papel de intercambiador de calor, es el elemento principal donde se produce la producción de hidrógeno.

Una caldera que funciona con hidrógeno se puede montar a partir de los elementos disponibles y para su funcionamiento solo se requiere agua corriente o destilada (+)

electrolizador - la principal parte activa de la caldera, donde se produce la reacción electrolítica, que conduce a la descomposición del agua en H₂ y sobre₂. El elemento es un depósito lleno de agua en el que se colocan electrodos metálicos que tienen la máxima conductividad de corriente.

Las placas están conectadas a cables a través de los cuales se suministra electricidad.

Quemador - un dispositivo que ayuda a calentar el refrigerante en el sistema de calefacción. Ubicado en la cámara de combustión, se suministra una chispa para encenderlo.

Válvula del quemador - una pieza especial ubicada en la parte superior del dispositivo. Gracias a este detalle H₂, subiendo a la cima, supera fácilmente la barrera inaccesible a otras sustancias liberadas y entra directamente en el quemador.

Las calderas de hidrógeno de fábrica están equipadas con una unidad de control. El panel muestra indicadores de voltaje y corriente, un regulador de potencia y palancas para configurar otros parámetros operativos.

Tubería - comunicaciones que se extienden desde la unidad y se utilizan para suministrar calor a todas las estancias de la casa. Utilizado para flejar tubos de calefacción diámetro 25-32 mm. Al colocar, se observa la regla fundamental: el diámetro de cada rama posterior debe ser menor que el de la anterior.

Criterios de selección del generador.

Al decidir comprar dicho equipo, es importante prestar atención a los siguientes criterios.

Fuerza. Con los dispositivos modernos, el valor de este indicador puede variar significativamente, lo que le permite elegir la mejor opción tanto para una casa pequeña como para un edificio de dos o tres pisos.

El consumo medio de agua en los modelos de generadores modernos no es demasiado elevado. En 24 horas, el dispositivo necesitará aproximadamente 5,5 litros para funcionar, lo que genera entre 1,2 y 2 litros de combustible.

Número de circuitos. En los dispositivos que funcionan con hidrógeno, generalmente se instala un circuito de calefacción. Algunos modelos también prevén la instalación adicional de un segundo circuito (de calefacción).

Nivel de consumo de electricidad. Las tecnologías actuales permiten lograr un excelente rendimiento térmico utilizando un mínimo de electricidad. El consumo de energía de diferentes tipos de generadores varía de 1,2 a 3 kW por hora.

El bajo consumo de energía se consigue gracias a que la caldera de hidrógeno no funciona de forma continua, sino sólo para mantener una determinada temperatura en la habitación.

Fuente de alimentación. Todos los tipos de generadores de hidrógeno se pueden dividir en dos grandes categorías: uno funciona con gas y el otro con electricidad.

Fabricante. Es mejor preferir fabricantes probados (Italia, EE. UU.). Debe tener cuidado con los productos de baja calidad que ofrecen empresas dudosas a precios extremadamente bajos.

Consejos para usar la caldera

Para mejorar la funcionalidad de la unidad, es importante seguir las instrucciones incluidas. Puede mejorar el funcionamiento del dispositivo agregando piezas adicionales (debe seguir estrictamente las reglas de seguridad).

Un sensor de llama instalado en el quemador aumenta la seguridad del sistema.Cuando se apaga el fuego, el dispositivo corta automáticamente el flujo de gas inflamable hacia el quemador, evitando así que entre en la habitación.

Puede instalar sensores especiales en el interior del intercambiador de calor para controlar el aumento en la velocidad de calentamiento del agua, así como complementar el diseño del quemador con válvulas de cierre.

Simplemente conéctelo directamente a sensor de temperaturapara que la caldera se apague automáticamente en cuanto la calefacción alcance el punto de consigna.

También es útil instalar un dispositivo para el enfriamiento normalizado de la caldera.

Los dispositivos de hidrógeno se pueden utilizar no solo como único equipo de calefacción en la casa, sino también en combinación con otros sistemas de calefacción. En este caso, las unidades de calefacción principales pueden funcionar en modo de baja temperatura.

Si se respetan los estándares operativos, una unidad propulsada por hidrógeno funcionará durante décadas. Aunque el período de garantía para estos dispositivos es de 15 años, en la práctica pueden funcionar de manera eficiente durante 20 a 30 años.

Reparar tales dispositivos no será difícil para un técnico experimentado, ya que el diseño básico de una caldera de hidrógeno no es muy diferente de sus contrapartes que funcionan con otros tipos de combustible.

Los 5 mejores generadores de hidrógeno de fábrica

La primera empresa en fabricar y patentar la tecnología para fabricar una caldera de combustible de hidrógeno fue una empresa italiana Giacomini. Se especializa en dispositivos basados ​​en métodos de generación de energía respetuosos con el medio ambiente: bombas geotérmicas, paneles solares y otros.

H2ydroGEM es una cámara de combustión catalítica, cada bocina contiene una sustancia que acelera la reacción de combustión del hidrógeno.Debido a esto, el proceso ocurre a una temperatura relativamente baja.

Actualmente, empresas estadounidenses, chinas y europeas fabrican modelos similares, pero su gama no es muy amplia en comparación con las calderas que funcionan con otros tipos de combustible.

Los mejores modelos de fábrica de sistemas de hidrógeno.

Entre los modelos más populares destacamos:

1. megatanque100 – un generador que funciona con electricidad de la red. Cuenta con un confiable sistema de protección multinivel contra sobrecalentamiento y cortocircuito, lo que garantiza un funcionamiento seguro y productivo. El costo del modelo depende de su configuración.
2. ESTRELLA-2000 – una unidad costosa (>200.000 rublos) tiene excelentes características técnicas. A pesar de que este generador consume una cantidad mínima de energía, es capaz de calentar una habitación de 251 a 300 metros cuadrados.
3. reykar – un dispositivo alimentado por red con excelentes propiedades de rendimiento. El costo del modelo es bastante alto: alrededor de 100 mil rublos, pero se compensa con un consumo económico de energía.
4. H2-2 – Equipo italiano de clase “extra” a un precio elevado (aproximadamente 250.000 rublos). permitiendo calentar el aire en espacios amplios (desde 300 m³ y superiores) con un consumo mínimo de electricidad.
5. Energía gratis – dispositivos de alta calidad a un precio asequible en el rango de 15 a 35 mil rublos (el precio depende de la potencia y otras características). Equipado con una unidad de control que automatiza muchos procesos, un sensor de regulación de presión y voltaje multinivel.

También hay otros modelos en diferentes categorías de precios.

Cómo hacer una caldera tú mismo.

Los generadores de calefacción tienen un diseño bastante liviano. Con cierto nivel de habilidad, puedes montar el dispositivo usted mismo. Al mismo tiempo, debido a la explosividad de la mezcla de hidrógeno, dicho trabajo requiere extrema responsabilidad, conocimiento de las precauciones de seguridad y experiencia en la instalación de dichos dispositivos.

Si fabrica el dispositivo usted mismo, no podrá deshacerse de costos financieros importantes, ya que es mejor comprar algunos de los componentes ya hechos. El alto riesgo hace pensar en las instalaciones de fábrica, para las cuales los fabricantes ofrecen garantías a largo plazo.

El proceso de fabricación de una caldera de hidrógeno con sus propias manos se puede dividir en varias etapas.

Paso 1 — Ejecución del dibujo y preparación de materiales.. En primer lugar, conviene buscar proyectos similares en Internet para poder pensar con ellos en un dispositivo que cumpla con todas las condiciones y posibilidades.

Es necesario calcular con precisión todos los indicadores y, sobre todo, la potencia requerida, así como decidir los materiales que se utilizarán para fabricar la caldera. Las aleaciones ferromagnéticas se consideran la mejor opción, pero un recipiente de acero inoxidable es bastante adecuado.

Aunque los generadores de hidrógeno para calefacción pueden tener diseños diferentes, los siguientes detalles permanecen sin cambios:

• fuente de alimentación de 12 voltios;
• el tanque donde se ubicará la estructura;
• Controlador PWM con una potencia de al menos 30 A;
• varios tubos de diferentes diámetros fabricados en acero inoxidable;
• hoja de acero;
• sierra para metales;
• quemador de gas - mejor preparado, comprado en una tienda.

Paso 2 — creación de electrolitos. Para realizar las placas con las que estará equipado el electrolizador, es necesario coger una chapa de acero de espesor medio.Con unas tijeras para metal, una sierra para metales u otra herramienta, se corta en tiras iguales de 18 o más piezas (el número debe ser par).

Por otro lado, en cada uno de ellos es necesario perforar agujeros para los pernos que serán necesarios para sujetar estos elementos completamente inmóviles en el electrolito.

Dividimos todas las placas en ánodos y cátodos, dependiendo de esta división, se les conectan cables que transmiten respectivamente cargas positivas y negativas.

Usar corriente continua es más eficiente que usar corriente alterna. Lo mejor es utilizar un generador de tipo PWM como fuente.

Paso 3 — conjunto de electrolizador. El mejor material para la fabricación de este elemento es el acero inoxidable. Se suelda una estructura confiable de forma rectangular o cuadrada de metal, después de lo cual se vierte agua o una mezcla de H.₂O con el catalizador, y también se colocan placas preparadas con el cableado conectado.

Etapa 4 — conexión del quemador. Se monta un quemador en la parte superior del dispositivo; es mejor usar un modelo comprado, que se puede comprar en una tienda especializada.

Paso #5 — instalación y conexión del separador, que es necesario para separar los gases de hidrógeno de una mezcla.

Finalmente, se coloca un tubo a través del cual H₂ Subirá al quemador, y también se conectan elementos que eliminan el calor y lo distribuyen por toda la casa.

¿Qué agua es mejor, la normal o la destilada?

Una de las preguntas que suelen hacer los propietarios de calderas de hidrógeno es la del agua utilizada para el funcionamiento de los aparatos.

El agua destilada para el funcionamiento de una caldera de hidrógeno se puede comprar en las tiendas o puede configurar su producción usted mismo mediante una instalación sencilla.

Según los expertos, los dispositivos fabricados en fábrica o en casa demuestran el mejor rendimiento cuando se trabaja con agua destilada, a la que se le ha añadido muy poca hidróxido de sodio (una cucharada por cada 10 litros de H2O).

Sin embargo, una caldera de hidrógeno también puede funcionar con éxito con agua del grifo, lo principal es que no contiene sales de metales pesados.

Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.

En el vídeo siguiente podrá ver una descripción general de un modelo de caldera de gas que funciona con combustible de hidrógeno, producida por la famosa empresa coreana DAEWOO.

No en vano se considera que el hidrógeno es el combustible del futuro: este gas puede convertirse en un recurso casi ilimitado de combustible barato y respetuoso con el medio ambiente que puede utilizarse en diversas instalaciones.

Una caldera de combustible de hidrógeno, fabricada en fábrica o de forma independiente, le permitirá crear un sistema de calefacción autónomo. Esto ayudará a reducir significativamente los pagos por vivienda y servicios comunales y resolverá el problema de mantener una temperatura confortable en las salas de estar y cuartos de servicio.

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