Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Chế Tạo Máy Hàn Từ Nước

Nguyên lý cơ bản • Như đã nói ở trên thiết bị tách nước thành khí HHO liên quan đến việc sản xuất khí Hydro và Oxi với sự giúp đỡ của quá trình điện phân. Trong quá trình này, dòng điện một chiều thông qua điện cực vào nước, thông qua các phản ứng hóa học khí Oxi được tạo ra ở các tấm điện cực dương còn khí Hydro thì được tạo ra ở các tấm điện cực âm. • Nước tinh khiết thì không dẫn điện vì vậy cần phải thêm một số chất xúc tác nhằm làm tăng hiệu suất của quá trình này. Chất xúc tác có tác dụng làm giảm điện trở kháng của nước. Chất xúc tác được lựa chọn ở đây là NaOH. Ta chỉ cần bỏ chất xúc tác vào nước lần đầu tiên những lần sau khi dung dịch điện phân cạn dần ta chỉ cần thêm nước vào vì trong quá trình điện phân chất xúc tác không mất đi. 2.6.1. Các loại thiết bị điện phân chủ yếu. • Có 2 loại thiết bị điện phân là wet cell và dry cell. Cả 2 loại đều hoạt động theo nguyên lý điện phân, nghĩa là đều xảy ra phản ứng: 2 H2O (l) →2 H2(g) + O2(g) (2.4) • Sự khác biệt lớn nhất chủ yếu là trong thiết kế. Các tấm điện cực được ngâm ngập vào trong nước được gọi là “Wet cell” và cách thứ 2 là “Dry cell” dòng điện được nối với các cạnh của các tấm điện cực, các cạnh này được cách ly với dung dịch điện phân bằng các tấm đệm bằng vật liệu cách điện. 2.6.2. Wet Cell • Ở kiểu này các tấm điện cực và các kết nối với nguồn điện một chiều được nối với các tấm điện phân được ngâm trong dung dịch điện phân. Phương pháp này có ưu điểm là dễ chế tạo và lắp ráp. Nhược điểm là lượng nhiệt sinh ra trong quá trình điện phân không thoát ra ngoài dung dịch điện phân được dẫn đến nước bốc hơi nhiều hơn trong dung dịch điện phân và hòa lẫn vào khí HHO được tạo ra.

LỜI CẢM ƠN

Trong bốn năm học tập, rèn luyện tại môi trường đại học, bằng sự kiên trì và nỗ lựcchúng em đã hoàn thành Đồ án tốt nghiệp Đây là một cột mốc vô cùng quan trọngđánh dấu sự trưởng thành của sinh viên, là kết tinh của lý thuyết và thực nghiệm Nhìnlại quá trình chúng em miệt mài làm đồ án tốt nghiệp, thật vô cùng biết ơn sự cổ vũtinh thần, sự giúp đỡ tận tình từ phía gia đình, người thân, bạn bè và thầy cô và sau 3tháng thực hiện đồ án dưới sự hướng dẫn của thầy Trương Nguyễn Luân Vũ Do vậy

mà chúng em có nhiều điều kiện thuận lợi để hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình theothời gian quy định

Trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp này chúng em xin chân thành cảm ơn đến:

 Ba mẹ đã giúp đỡ và động viên tinh thần cho chúng em trong suốt khoảng thời gian thực hiện đô án

 Thầy Trương Nguyễn Luân Vũ đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, truyền đạt ýtưởng, và tạo mọi điều kiện cho chúng em thực hiện tốt đồ án này

 Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành thầy cô khoa chất lượng cao và bộmôn công nghệ chế tạo máy của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật ThànhPhố Hồ Chí Minh đã cung cấp cho chúng em những kiến thức trong quá trìnhhọc tập tại trường

 Và các bạn sinh viên đã giúp đỡ nhau, trao đổi kiến thức trong quá trình thựchiện đồ án này

Một lần nữa chúng em xin gởi lời cảm ơn đến tất cả mọi người đã giúp đỡ nhóm hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này

Xin cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, tháng 8, năm 2016Nhóm sinh viên thực hiện

Hà Viết BửuPhạm Huy Tâm

TÓM TẮT

Hàn hơi là phương pháp hàn sử dụng nhiệt của ngọn lửa sinh ra khi đốt cháy cácchất khi cháy (C2H2,CH4,C6H6…)hoặc H2 với Ô xy để nung chảy kim loại,thôngdụng nhất là hàn bằng khí Ô xy –Axetylen vì nhiệt sinh ra do phản ứng cháy của haikhí này lớn và tập trung ,tạo thành ngon lửa có nhiệt độ cao (vùng cao nhất tới3200oC);còn ngọn lửa giửa oxy và các chất khí cháy khác chỉ có nhiệt độ từ 2000-2200oC

Như đã nói ở trên thì khí H2 và Ô xy cũng là một sự lựa chọn tốt cho việc hànhơi vì ngọn của nó có thể lên tới 2800oC Trong khóa luận tốt nghiệp này thì em chọnphương pháp tách khí H2 và Ô xy từ nước để làm nhiên liệu cháy cho máy hàn Máynày được em đặt tên là: “Máy hàn hơi sử dụng công nghệ HHO”

Đề tài được triển khai một cách khoa học qua nhiều bước: tìm kiếm cơ sở dữliệu, phát triển ý tưởng, giải pháp, triển khai thiết kế, tối ưu hóa mô hình, tính toán,thực hiện gia công các chi tiết cần thiết và lắp ráp thành một máy hàn hoàn chỉnh

Giai đoạn cuối cùng của dự án là tiến hành chạy thử nghiệm, kiểm tra và hiệu chỉnh mô hình để đảm bảo đúng yêu cầu của đề tài

Ưu điểm lớn nhất của máy này là nguồn nhiên liệu dường như vô tận và sảnphẩm sau khi cháy chỉ là hơi nước nên sẽ không gây ô nhiễm môi trường như sử dụngkhí Ô xy – Axetylen

Kích thước hoàn chỉnh của máy hàn: 503x456x693 mm

Brazing welding method using heat generated by the fire when the fire burnedsubstances (C2H2, CH4, C6H6, ) or H2 with Oxygen to melt metal, most commonlyused in gas welding Oxygen - acetylene because of the heat generated by thecombustion reaction of two major gas and focus, creating a high flame temperature (thehighest area to 3200oC), while mid flame burning oxygen and other gases from aironly 2000-2200oC

As noted above, the H2 and Oxygen gas is also a good choice for brazingbecause of its flame can be up to 2800oC In this thesis, I chose H2 gas separationmethod and Oxygen from water to fuel the fire for welding This machine is you nameit: "Welding machines use steam technology HHO "

The theme is deployed in a scientific manner through multiple steps: searchingthe database, develop ideas, solutions, design implementation, optimization models,calculations, done processing the required details set and assembled into a completewelding

The final phase of the project is to conduct test runs, test and performance adjustthe model to ensure proper request of subjects

The biggest advantage of this machine is the source of seemingly endless fueland combustion products after steam only and will not pollute the environment as usingoxygen - acetylene

The size of the welding complete: 503x456x693 cm

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

ABSTRACT iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu 1

1.3 Kết quả đạt được 5

1.4 Phương pháp nghiên cứu 6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7

2.1 Khái quát về hàn khí 7

2.1.1 Thực chất, đặc điểm và công dụng của hàn khí 7

2.1.2 Ngọn lửa hàn 8

2.1.3 Vật liệu hàn khí 9

2.2 Giới thiệu lịch sử khí HHO 13

2.3 So sánh với các nghiên liệu khác 15

2.3.1 So sánh với Axetylen 15

2.3.2 So sánh với Axetylen 16

2.4 Ứng dụng khí HHO 17

2.4.1 Nhiên liệu phụ trợ cho động cơ đốt trong 17

2.4.2 Cắt thép cacbon khi sử dụng khí HHO 18

2.4.3 Hàn sử dụng khí HHO 18

2.5 Nguyên lý tạo khí HHO 20

2.6 Các loại thiết bị tách nước tạo khí HHO 21

2.6.1 Các loại thiết bị điện phân chủ yếu 21

2.6.2 Wet Cell 21

2.6.3 Dry Cell 22

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN 24

3.1 Biện luận và chọn phương án 24

3.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động 24

3.3 Thiết kế dry cell 25

3.3.1 Thiết kế tấm giữ 25

3.3.2 Tấm trung tính 26

3.3.3 Tấm điện cực 27

3.3.4 Tấm cách điện 28

3.3.5 Vật liệu làm điện cực và tấm trung tính 29

3.4 Khoảng cách giữa các tấm điện cực 32

3.5 Thiết kế bình chứa dung dịch và bình khí 33

3.6 Tính toán chọn nguồn điện và lượng khí thoát ra 34

3.6.1 Tính toán chọn nguồn điện 34

3.6.2 Tính toán lượng khí thoát ra 35

3.7 Kết nối nguồn điện với Dry Cell 35

CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH LẮP RÁP & VẬN HÀNH 39

4.1 Quy trình lắp ráp 39

4.1.1 Lắp ráp Dry Cell 39

4.1.2 Lắp ráp Dry Cell, hệ thống bình chứa và tủ điện vào khung 48

4.1.3 Nối ống dẫn dung dịch từ bình chứa xuống Dry Cell 51

4.1.4 Kết nối Dry Cell với nguồn điện 52

4.2 Quy trình vận hành 53

CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT VÀ KIỂM TRA THỰC NGHIỆM 54

5.1 Tổng kết 54

5.2 Kiểm tra thực nghiệm 56

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 59

6.1 Kết luận 59

6.2 Hướng phát triển tương lai 59

Tài liệu tham khảo 60

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Hai học sinh làm máy hàn HHO ở Ninh Bình 2

Hình 1.2 Máy sản xuất khí Hydro tu nước 2

Hình 1.3 Thử nghiệm đốt cháy que hàn bằng đồng thau 3

Hình 1.4 Dry Cell lắp trên ô tô chạy thử nghiệm 3

Hình 1.5 Hàn ống nhôm trong dự án SafeFlame 5

Hình 1.6 Hình ảnh hàn ống đồng trong dự án SafeFlame 5

Hình 1.7 Mô hình máy hàn HHO 6

Hình 2.1 Ảnh minh họa hàn hơi 7

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc ngọn lửa hàn 8

Hình 2.3 Loại dây 12

Hình 2.5 Sử dụng khí HHO trong xe hơi 18

Hình 2.6 Nguyên lý tạo khí HHO 20

Hình 2.7 Mô hình điện phân kiểu Wet Cell 22

Hình 2.8 Wet Cell trong thực tế 22

Hình 2.9 Mô hình điện phân nước kiểu Dry Cell 23

Hình 2.10 Dry Cell trong thực tế 23

Hình 3.1 Hệ thống máy hàn khí HHO 24

Hình 3.2 Bản vẽ các tấm giữ 25

Hình 3.3 Bản vẽ các tấm trung tính 26

Hình 3.4 Tấm trung tính trong thực tế 27

Hình 3.5 Bản vẽ tấm điện cực 27

Hình 3.6 Tấm điện cực thực tế 28

Hình 3.7 Bản vẽ tấm cách điện 29

Hình 3.8 Bình chứa nước và bình lọc khí 34

Hình 3.9 Lượng khí thoát ra theo lý thuyết 35

Hình 4.1 Bản vẽ lắp Dry Cell 39

Hình 4.2 Dry Cell 3D 40

Hình 4.3 Phân rã Dry Cell 40

Hình 4.4 Lắp ống giảm vào nắp 41

Hình 4.5 Lắp các co nước vào thân bình chứa dung dịch 41

Hình 4.6 Bình chứa dung dịch 42

Hình 4.7 Lắp ống giảm vào nắp 43

Hình 4.8 Lắp ống nối vào nắp bình lọc khí 44

Hình 4.9 Bình lọc khí 44

Hình 4.10 Hệ thống bình chứa 45

Hinh 4.11 Phân rã hệ thống bình chứa 46

Hình 4.12 Tủ điện 47

Hình 4.13 Sơ đồ kết nối biến áp với chỉnh lưu cầu 1 pha 48

Hình 4.14 lắp ráp tủ điện vào khung 48

Hình 4.15 Lắp hệ thống bình chứa vào khung 49

Hình 4.16 Lắp Dry Cell vào khung 50

Hình 4.15 Lắp ống nước vào bình chứa và Dry Cell 51

Hình 4.16 Kết nối lưỡng cực 1 52

Hình 4.17 Sơ đồ kết nối Dry Cell với nguồn điện 52

Hình 5.1 Mô hình thiết kế máy hàn HHO Hình 5.2 Mô hình thực tế máy hàn HHO 54

Hình 5.2 Kết quả sau khi cắt Inox 1mm 56

Hình 5.3 Kết quả sau khi cắt tấm nhôm 2mm 57

Hình 5.4 Kết quả sau khi hàn 2 miếng thép 58

DANH MỤC BẢNG BIỂU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Lý do chọn đề tài

Hàn khí là một phương pháp hàn khá quen thuộc trong cuộc sống chúng ta hiệnnay, đặc biệt là hàn Oxy – Axetylen Nhưng chí phí để mua khí Oxy và Axetylen cũngkhá cao và khi sử dụng lại tạo ra khí CO2 gây ô nhiễm môi trường Trong khi máy hànkhí HHO chỉ cần dùng nước và điện để sản xuất ra hydro và oxy tùy theo nhu cầu Oxy

là loại khí duy trì sự cháy và hydro là loại khí đốt không chứa carbon So với các nhiênliệu khác, khí HHO có các ưu điểm sau:

 An toàn với môi trường: sản phẩm của quá trình cháy là hơi nước không gây ônhiễm; hydro nhẹ hơn không khí nên bay lên, khác với các loại dầu và khí khác

tụ lại gây ô nhiễm

 Có năng lượng lớn gấp đôi diesel: 1 kg nước cho ra 340000 Kcal

 Nhiệt độ ngọn lửa lên tới 2800o C và có thể điều chỉnh được

 Có năng lượng nhiệt tập trung cao do ngọn lửa hydro – oxy có dạng tia thẳng

 Tự động tái sinh: hydro – oxy sinh ra từ nước và sau khi cháy lại quay về lànước

 Hydro là chất xúc tác cho sự cháy, đẩy nhanh quá trình phản ứng và gia tăngnhiệt độ cho sự cháy

 Hydro có thể giảm đặc tính các chất khác nên được thêm vào các chất để tinhluyện -Nguồn sản xuất hydro – oxy từ nước cực kỳ dồi dào

 Không cần bất kỳ hệ thống bồn bể, bình nào để chứa, chỉ sản xuất và dùng ngaykhi cần: Tiết kiệm phí lưu trữ và an toàn do không phải trữ khí

 Ứng dụng đa dạng: Hàn bằng ngọn lửa, cắt bằng ngọn lửa, gia nhiệt, chất xúctác cho sự cháy, làm sạch carbon…

 Dựa vào những ưu điểm và đặc tính trên nhóm chúng em đã quyết định chọn đềtài chế tạo mô hình máy hàn khí HHO để tiết kiệm chi phí cũng như thân thiệnvới môi trường

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu

 Tình hình trong nước

Hiện tại ở Việt Nam chưa có chương trình quốc gia trọng điểm nào liên quan đếnnăng lượng hydrogen nhưng cũng có một vài cá nhân với niềm đam mê khoa học cũng

đã nghiên cứu về đề tài này như:

 Trong Cuộc thi sáng tạo thanh thiếu niên, nhi đồng toàn quốc lần thứ 11 năm

2015 vừa qua 2 học sinh là Ngô Đức Thắng và Phạm Thành Trung, học sinh lớp

12G, trường THPT Nguyễn Huệ (Ninh Bình) đã được nhận giải Đặc biệt về chếtạo máy hàn cắt kim loại bằng nước.

Hình 1.1 Hai học sinh làm máy hàn HHO ở Ninh Bình

 Kỹ sư Vũ Hồng Khánh ở Hải Phòng cũng đã chế tạo thành công máy điều chếkhí HHO vào năm 2010

Hình 1.2 Máy sản xuất khí Hydro tu nước

Hình 1.3 Thử nghiệm đốt cháy que hàn bằng đồng thau

Hình 1.4 Dry Cell lắp trên ô tô chạy thử nghiệm

 Tình hình ngoài nước

 Năm 2003 Tổng thống G.Bush đã công bố một chương trình được gọi là “Sángkiến nhiên liệu hydro” (Hydrogen Fuel Initiative) với quyết định giành 1,2 tỉUSD cho nghiên cứu và phát triển nhằm mục tiêu đến năm 2020 ôtô chạy bằngpin nhiên liệu hydrogen phải triển khai thương mại hóa thành công vào thực tế

 Một dự án khác của các nhà khoa học châu Âu vào năm 2014 một máy hàn diđộng có khả năng tạo ra ngọn lửa từ nước đã được chế tạo thành công trong dự

án SafeFlame do các nhà khoa học châu Âu thực hiện Đây là hệ thống điệnphân nước thế hệ mới với chi phí chế tạo rẻ hơn rất nhiều so với trước đây.Đồng thời, với tính an toàn cao, kỹ thuật này mở ra thêm triển vọng khai thácnguồn năng lượng sạch và an toàn từ quá trình điện phân nước nhằm áp dụngcho các ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp hàn, thay thế cho việc sửdụng ngọn lửa oxy-axetylen trước đây

Chuyên gia nghiên cứu trong dự án, kỹ sư công nghệ Andrew Ellis chobiết: "Nói một cách đơn giản, đây là một hệ thống máy điện phân vận hành bằngcác nguồn nhiên liệu đầu vào là điện và nước Nước sẽ tách thành khí Hidro vàOxy Sau đó, chỉ cần đưa mồi lửa vào là sẽ có một ngọn lửa đủ để hàn sắt hoặcbất kỳ ứng dụng công nghệ nào khác Về cơ bản, đây là một cỗ máy biến nướcthành lửa."

Nhà tư vấn công nghệ hàn, Rory Olney cho biết: "Bạn có thể thấy ngọnlửa từ thiết bị này "mát" hơn rất nhiều so với những ngọn lửa Oxy-axetylentrước đây Đó là do vị trí đầu vòi phun không hề bị làm nóng Hơn nữa, tại vị tríđầu vòi phun cũng không còn những ánh sáng chói lòa nhằm hạn chế ảnh hưởngxấu của quá trình hàn lên mắt người Giờ đây, chúng ta chỉ cần mang một chiếckính thông thường mà không cần các thiết bị bảo hộ mắt chuyên dụng."

Hình 1.5 Hàn ống nhôm trong dự án SafeFlame

Hình 1.6 Hình ảnh hàn ống đồng trong dự án SafeFlame1.3 Kết quả đạt được

Nhóm chúng em đã chế tạo thành công máy hàn sử dụng khí HHO dựa trên cácnghiên cứu về cở sở lý thuyết của phương pháp hàn hơi và đặc điểm tính chất của khíHHO

Hình 1.7 Mô hình máy hàn HHO1.4 Phương pháp nghiên cứu

 Các phương pháp nghiên cứu lý thuyết

 Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết

 Phương pháp phân loại và hệ thống hoá lý thuyết

 Phương pháp mô hình hóa: từ những cơ sở lý thuyết chúng em đã xây dựngthành mô hình nghiên cứu để có tính trực quan hơn

 Phương pháp nghiên cứu lịch sử: tìm hiểu lịch sử hình thành và ứng dụng củacông nghệ HHO

 Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn

 Phương pháp quan sát

 Phương pháp thực nghiệm khoa học

 Phương pháp phân tích và tổng kết kinh nghiệm

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Các loại khí tựn hiên khác có tính chất về khả năng tự bốc cháy, nhiệt giải phóng

từ phản ứng cháy tương tự axetylen nhưng ở mức độ thấp hơn Có thể sử dụng chúng

để hàn do tính an toàn cao, nguy cơ cháy nổ thấp hơn, bảo quản dễ dàng, chi phí thấphơn nhưng ở phạm vi hẹp

Hình 2.1 Ảnh minh họa hàn hơi

 Đặc điểm

- Thiết bị đơn giản, rẻ tiền, thuận lợi khi xa nguồn điện

- Có thể hàn các vật liệu khác nhau như thép, gang, đồng, nhôm

- Hàn những vật liệu có độ chảy thấp, các kết cấu mỏng

- Vật hàn dễ bị cong vênh, biến dạng, năng suất hàn thấp

 Công dụng

Ở nước ta hiện nay, sau phương pháp hàn điện, phương pháp này đang được sử dụngnhiều trong các nhà máy, xí nghiệp và công trường Lĩnh vực sử dụng hợp lý nhất là :Hàn nối các ống đường kính nhỏ và trung bình, hàn vỏ ô tô, sửa chữa các chi tiết đúcbằng gang, hàn vảy, hàn đắp, hàn các chi tiết bằng kim loại màu, sử dụng ở

những vùng xa nguồn điện.

2.1.2 Ngọn lửa hàn

Căn cứ theo tỷ lệ của hỗn hợp khí hàn, ngọn lửa hàn có thể chia thành ba loại :ngọn lửa bình thường, ngọn lửa oxy hóa và ngọn lửa cacbon hóa Mỗi loại lại có thểchia làm 3 vùng: vùng hạt nhân (màu sáng trắng), vùng hoàn nguyên (màusáng vàng), vùng oxy hóa (màu vàng sẫm có khói)

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc ngọn lửa hàn

I: nhân ngọn lửa - II: vùng cháy chưa hoàn toàn - vùng cháy hoàn toàn

Vùng cháy không hoàn toàn: C2H2 kết hợp với oxy theo phản ứng

C2H2 + O2= 2CO + H2 + Q↑

Ngọn lửa màu sáng xanh, nhiệt độcao (3200oC) có CO và H2 là các chất khử nên gọi làvùng hoàn nguyên, được dùng để hàn

2CO + H2+ 1,5O2= 2CO2+ H2O + Q↑

Vùng cháy hoàn toàn: Sản phẩm của vùng trên cháy với oxy không khí

Ngọn lửa oxy hóa

Vùng cháy không hoàn toàn xảy ra theo phản ứng sau:

C2H2+ 1,5O22= 2CO + H2+ 0,5O2Sau đó cháy tiếp với oxy không khí :

2CO + H2+ 0,5O2+ O2= 2CO2+ H2ONhân ngọn lửa ngắn lại, có (6 ÷7)%O2 và 5%CO2 nên tính oxy hóa rất mạnh, vùng giữa

và vùng đuôi không phân biệt rõ ràng, ngọn lửa có màu sáng xanh Ngọn lửa nàythường được dùng để hàn hợp kim đồng hoặc dùng đểtôi bềmặt thép

Ngọn lửa cacbon hóa

CO + C +H2 + 2O2= 2CO2+ H2ONhân ngọn lửa kéo dài, vùng giữa có cacbon tự do nên mang tính cacbon hóa và cómàu nâu sẫm Thường dùng ngọn lửa này cho việc hàn vẩy các hợp kim nhôm và gang

2.1.3 Vật liệu hàn khí

Oxy là chất khí cần cho sự cháy, không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí, nóchiếm 21% thể tích không khí Oxy dùng trong hàn khí là oxy kỹt huật có độ tinh khiết98,5 – 99,5% và khoảng 0,5 – 1,5% tạp chất (N2, Ar) Trong kỹ thuật, oxy được sảnxuất theo hai phương pháp:

+ Điện phân nước : phương pháp này khó khăn và tốn kém nên ít dùng

+ Làm lạnh không khí: Thực chất của phương pháp này là làm lạnh không khíđến xuống -182,06oC

-195,8oC nito bốc hơi -185,7oC Ar bay hơi

-182,06 oC Oxy bay hơiPhương pháp này năng suất cao, lượng điện tiêu tốn ít

Oxy kỹ thuật có thể để ở trạng thái lỏng hoặc khí Ở thể lỏng, oxy chứa trongcác bình thép và giữ ở nhiệt độ thấp, cứ1lít oxy lỏng cho 860lít khí oxy Oxy hàn

thường bảo quản ở thể khí, để giảm thể tích bình chứa, thông thường oxy được nén ở

áp suất cao trong bình thép dung tích 40 lít, 150at

CaO + 3C = CaC2+ COĐất đèn trong công nghiệp chứa khoảng 65 – 80%CaC2, 2,5 – 10%CaO, còn lại

 Nhiệt độtự bốc cháy khoảng 420oC ở áp suất 1at

 Dễnổ ở áp suất >1,5at, trên 500oC

 Nếu áp suất < 3at, t < 540 sẽ xảy ra quá trình trùng hợp

- Sự hòa tan Axetylen

Axetylen có khảnăng hòa tan trong nhiều chất lỏng với độ hòa tan lớn, đặc biệt

là axeton, điều này giúp tính lượng C2H2 sinh ra khi điều chế

 Hòa tan trong nước : 1,15 lít C2H2

 Hòa tan trong benzel : 4 lít C2H2

 Hòa tan trong dầu hỏa : 5,7 lít C2H2

 Hòa tan trong axeton : 23 lít C2H2

Sự hòa tan trong axeton được dùng nhiều trong công nghiệp: dùng chất bộtxốp(than gỗ, sợi amiang, đá bọt) thấm ướt axeton để vào bình chứa, sau đó nén axetylevào bình nhằm tăng lượng khí C2H2 trong bìnhchứa khí dự trữ và vận chuyển, giảmkhả năng nổ

- Các tạp chất trong khí Axetylen

 Không khí: làm tăng khảnăng nổ, chỉcho phép 0,5÷1,5%

 Hơi nước: làm giảm nhiệt độcủa ngọn lửa hàn

 Hơi axeton (CH3COCH3): ảnh hưởng xấu đến quá trình hàn nên chỉ chophép chứa 45 ÷ 50g/m3 C2H2

 PH3: là chất có hại vì tăng khả năng tự nổ của hỗn hợp, cho phép 0,09%

 H2S: là chất có hại đến chất lượng mối hàn nên chỉcho phép 0,08 ÷ 1,5%Khi hàn, người ta có thể dùng máy sinh khí di động đặt gần chỗ hàn, hoặc dùngđường ống dẫn khí từ trạm cố định Ngoài ra, C2H2 còn được chứa trong các bình nạpsẵn dung tích 40lít, áp suất tối đa là 16at

 Khí Hidro

Hidro là một nguyên tố hóa học trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố vớinguyên tử số bằng 1, nguyên tử khối bằng 1 đvC Hidro là một chất riêng biệt và khi bịđốt trong không khí nó tạo ra sản phẩm là nước Tính chất này chính là nguồn gốc củacái tên "hydrogen"

Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn hidro là một khí lưỡng nguyên tử có công thứcphân tử H2, không màu, không mùi, dễ bắt cháy, có nhiệt độ sôi 20,27 K (-252,87 °C)

và nhiệt độ nóng chảy 14,02 K (-259,14 °C) Tinh thể hydro có cấu trúc lục phương.Hydro có hóa trị 1 và có thể phản ứng với hầu hết các nguyên tố hóa học khác

Khí Hidro có tính cháy cao và sẽ cháy trong không khí trong khoảng nồng độthể tích từ 4% đến 75%

 Vật liệu giống vật liệu của vật hàn

 Đường kính tương đương chiều dày vật hàn

 Bềmặt phải sạch

 Nhiệt nóng chảy nhỏ hơn so với của vật hàn

 Không gây nên sự sôi và tạo bọt khí trong vùng hàn cũng như không đưa tạp chất vào mối hàn

 Nên chọn loại dây có đường kính 0,3 ÷12mm

Có 2 loại kim loại phụ trợ thường dùng là: loại dây và loại que:

 Thuốc hàn có nhiệm vụ hoàn nguyên kim loại

 Dễchảy, nhiệt chảy nhỏ hơn so với của kim loại cơ bản và que hàn

 Không tỏa khí độc hại và ảnh hưởng xấu đến mối hàn

 Giữ được tính chất trong suốt quá trình hàn, rẻ tiền, dễ kiếm

 Tác dụng của thuốc hàn là tránh sự oxy hóa mối hàn, loại bỏ các oxit kimloại tạo thành trong quá trình hàn

 Tùy theo tính chất của kim loại hàn mà dung thuốc hàn có tính axit haybazo

2.2. Giới thiệu lịch sử khí HHO

Khí HHO là hỗn hợp khí của Hydro (H2) và Oxy (O2) với tỷ lệ 2:1 theo khối lương.Khí HHO là sản phẩm chủ yếu của quá trình điện phân nước được phát minh từ năm

1978 bởi Yullo Brown nên còn được gọi là khí Brown

Yullo Brown một giáo sư người Bulgaria sống tại Australia, là một trong nhữngngười đầu tiên lưu tâm đến các tính chất đặc biệt của khí HHO và có thể tạo ra khí nàyvới chi phí thấp từ nước Ông cũng là một trong những người đầu tiên sử dụng sứcmạnh của khí HHO để làm tăng hiệu suất của động cơ đốt trong cũng như sử dụng khíHHO thay thế các loại khí hàn khác Ông nhận thấy rằng có thể sử dụng một phần nhỏnăng lượng điện thông qua các tấm điện cực được ngâm trong nước để phá vỡ liên kếtcủa nước tạo thành khí HHO với hiệu suất cao hơn sử dụng các phương pháp cũ sửdụng cường độ dòng điện lớn

Trong một số nghiên cứu gần đây thì HHO là một dạng tồn tại mới của nước vớicông thức cấu tạo là (H×H)-O vơi “×” đại diện cho liên kết đôi và “-” đại diện cho liênkết đơn Nước trước khi điện phân có công thức câu tạo H-O-H ở dạng lỏng, sau khiđiện phân chuyển thành (H×H)-O ở dạng khí nhưng nước ở dang cấu tạo này khôngbền nên bị phân huỷ thành khí H2 và O2.

Nước là một điều rất quan trọng đối với cuộc sống Bạn có biết rằng nước làmột loại nhiên liệu? Vâng Trước tiên, bạn phải tách H20 thành Hydro và oxy Cáckhí kết hợp với nhau được gọi là HHO HHO là một nhiên liệu cháy, nhưng trên thực

tế HHO là nổ

Vì rằng HHO cháy quá nhanh khiến cho nó không chỉ là đốt cháy, quá trình đốtcháy của HHO được đánh giá là một vụ nổ Tốc độ ngọn lửa HHO cao hơn nhiều sovới xăng

Tỷ lệ hydro và oxy của HHO là hoàn hảo Khi đốt cháy, nó biến thành hơi nước,ngưng tụ lại thành nước Vì vậy, các ống xả của động cơ HHO là nước! Chúng ta cầncông nghệ này HHO là nhiên liệu hoàn hảo HHO là nhiên liệu xanh cho hành tinh củachúng ta Như đã nói HHO là một hỗn hợp khí hydro (H2) và oxy (O2) Hỗn hợp khínày được sử dụng để xử lý vật liệu chịu lửa và là lần đầu tiên hỗn hợp khí được sửdụng để hàn Về mặt lý thuyết, một tỷ lệ 2:1 hydro: oxy là đủ để đạt được hiệu quả tốiđa; trong thực tế tỷ lệ 4:1 hoặc 5:1 là cần thiết để tránh một ngọn lửa oxy hóa KhíBrown và HHO là những thuật ngữ khoa học cho một hỗn hợp 02:01 của oxyhydrogen;người đề xuất của nó cho rằng nó có tính chất đặc biệt HHO sẽ cháy khi đưa về nhiệt

độ tự bốc cháy của nó Đối với hỗn hợp cân bằng hóa học, 2:1 hydro: oxy, áp suất khíquyển bình thường, tự bốc cháy xảy ra vào khoảng 570 ° C (1065 ° F) Năng lượng tốithiểu cần thiết để đốt cháy hỗn hợp như vậy với một tia lửa là khoảng 20 microjoules

Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn, oxyhydrogen có thể cháy trong khoảng 4% và 95%theo thể tích hydro Khi đốt cháy, hỗn hợp khí chuyển thành hơi nước và giải phóngnăng lượng, duy trì phản ứng: 241,8 kJ năng lượng cho mỗi mol H2 bị đốt cháy Nhiệt

độ tối đa khoảng 2.800 ° C (5.070 ° F) được thực hiện với một hỗn hợp cân bằng hóahọc chính xác, nóng hơn một ngọn lửa hydro trong không khí khoảng 700 ° C (1.292 °F)

HHO đã được đầu tư nhiều năm nghiên cứu và xây dựng Hãy nhớ rằng, HHOthì nổ và không bao giờ lưu trữ HHO

2.3. So sánh với các nghiên liệu khác

Vì khí Hydro chiếm chủ yếu trong khí HHO cho nên tính chất chủ yếu của khíHHO là các tính chất của khí Hydro.

2.3.1 So sánh với Axetylen

Về cơ bản, đây là phương pháp sử dụng nước để tạo ra lửa với một hệ thốngđiện phân được thiết kế để sử dụng các nguồn cung cấp điện và nước Khi đó, nước sẽđược tách thành khí hydro và oxy rồi đưa vào một ngọn đuốc và tạo thành lửa

Theo Euronews, ngọn lửa được tạo ra từ hệ thống mát hơn và dễ xử lý hơn sovới các ngọn lửa nóng được tạo thành từ khí oxy với propan hoặc acetylene, có thểđược sử dụng trong hàn xì hoặc các ứng dụng công nghiệp cần đến lửa khác

Theo chuyên gia nghiên cứu Andrew Ellis thuộc công ty ITM Power, Anh, độingũ các chuyên gia hóa học đã nghiên cứu công thức màng ngăn mới có thể làm tănghiệu suất của điện phân, tiến hành nhiều thử nghiệm với chất xúc tác, cố gắng làm giảm

số lượng platinum và thay thế bằng các vật liệu rẻ hơn Nhờ đó, công nghệ này có thểgiảm chi phí cho hệ thống điện phân hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống

Rory Olney, chuyên gia tư vấn về công nghiệp hàn xì, cho biết ngọn lửa này nhẹhơn so với ngọn lửa được tạo thành từ khí oxy và acetylene Sức nóng ở đỉnh ngọnđuốc cũng không quá mạnh, do đó ánh sáng phát ra từ ngọn lửa cũng không gây nguyhiểm cho mắt

Một trong những lợi ích của hệ thống mới đó là ngọn đuốc sinh ra lửa luôn lạnh

và không bị nóng trong quá trình sử dụng vì lửa được sinh ra và bốc cháy bên ngoàingọn đuốc Ngọn lửa sẽ duy trì trạng thái lạnh kể cả sau khi ngừng sử dụng, do đó cóthể đặt ở bất cứ nơi nào theo ý muốn

Việc sử dụng acetylene để tạo ra lửa theo phương pháp thông thường đã bị cấm

ở những nơi dễ rò rỉ khí vì dễ gây nguy hiểm và bất tiện Các ngọn lửa nóng được tạo

ra theo cách này cũng yêu cầu phải cẩn thận khi tiếp xúc với các kim loại nhạy cảmnhư nhôm

So với khí đốt từ acetylene, phương pháp này rẻ hơn gấp 20 lần vì hạn chế đượccác chi phí liên quan đến việc tích trữ khí đốt, chi phí bảo hiểm và vận chuyển Cácdoanh nghiệp vừa và nhỏ sẽ tận dụng được những ưu thế này khi công nghệ đượcthương mại hóa trong tương lai gần

Công thức hóa học C2H2 H2

Tốc độ cháy (cm/s) 133(cao nhất khi cháyvới tỷ lệ C2H2:O2

2.4 Ứng dụng khí HHO

2.4.1 Nhiên liệu phụ trợ cho động cơ đốt trong

Khí HHO gần đây đã được giới thiệu với các ngành công nghiệp tự động nhưmột nguồn năng lượng mới Công việc hiện tại đề xuất việc thiết kế một thiết bị mớigắn liền với động cơ tích hợp một hệ thống sản xuất HHO với động cơ xăng Thiết bịtạo HHO đề xuất là nhỏ gọn và có thể được cài đặt trong khoang động cơ Thiết bị phụtrợ này được thiết kế, xây dựng, tích hợp và thử nghiệm trên một động cơ xăng.

Thí nghiệm thử nghiệm đã được tiến hành trên 197cc (Honda G 200) động cơxi-lanh đơn Kết quả cho thấy rằng diện tích bề mặt tối ưu của một chất điện phân cầnthiết để tạo ra đủ số lượng HHO là hai mươi lần so với diện tích bề mặt piston Cuốicùng, mục tiêu là: giảm 20-30% mức tiêu thụ nhiên liệu, nhiệt độ khí thải thấp hơn, và

do đó làm giảm ô nhiễm Hydrogen là nguyên tố hóa học nhẹ nhất và khí đốt mà không

có màu sắc, hương vị và mùi Nó dễ cháy trong nồng độ 4-94% Nó là hoàn toàn vô hạiđối với con người và môi trường Nó là hoàn toàn an toàn cho tất cả các động cơ đốttrong

Khí HHO tự nó không phải là một nhiên liệu thay thế cho xăng nhưng một phụgia để tăng hiệu quả của động cơ Động cơ xăng không thể đốt cháy hoàn toàn Hiệuquả của động cơ xăng trung bình trong một chiếc xe là khoảng 18% đến 20% Điều nàykhiến rất nhiều điểm cần cải tiến và khí HHO là một trong những cách tốt để nâng caohiệu quả… Lý do cho điều này là đơn giản, hydro rất dễ cháy nhiều hơn là xăng nênkhi động cơ của bạn đốt cháy hyđrô tạo vụ nổ đốt cháy xăng với kết quả tốt hơn (sạchhơn, ít chất thải và phát thải ít hơn) so với nếu không thực hiện

Hình 2.5 Sử dụng khí HHO trong xe hơi

 Giảm chi phí nhiên liệu đến 30%.

 Tăng hiệu suất của xe

 Giảm lượng khí thải CO2

 Giảm nhiệt độ trong động cơ

 Loại bỏ lượng khói bám vào động cơ

 Giảm tiếng ồn và rung động trong động cơ

 Tăng tuổi thọ của động cơ

2.4.2 Cắt thép cacbon khi sử dụng khí HHO

 Thay thế nhiên liệu truyền thống trong cắt thủ công, cắt bán tự động, cắt tự động, cắt hình, cắt CNC, Đặc điểm: tạo ngọn lửa tập trung, gia nhiệt nhanh, cắt chính xác, không tạo xỉ, không ô nhiễm, không độc hại, không cần bình bể chứa khí, siêu tiết kiệm chi phí Ngành ứng dụng: cơ khí chế tạo, vật liệu xây dựng, đóng tàu, nhà máy sản xuất thép,

cả chúng đều chỉ thiết bị sản xuất hydro và oxy bằng cách điện phân nước

 Dễ vận hành, hàn nhanh và chính xác, điểm hàn mịn đẹp, thân thiện với môi trường, siêu tiết kiệm, Ngành ứng dụng: hàn vàng bạc, nữ trang, kim hoàn, nha khoa, hàn dây tráng men, hàn dây kim loại, hàn cặp nhiệt điện, hàn điện trở,hàn thiết bị đo lường instrumentation, hàn ống đồng điện lạnh, hàn ống xả khói, hàn móc câu, hàn tấm thiếc pin, hàn phụ kiện chiếu sáng,

2.5 Nguyên lý tạo khí HHO

Hình 2.6 Nguyên lý tạo khí HHO

 Khí HHO là một sự kết hợp của hai loại khí hydro H2 và oxy O2 Phương trìnhhóa học đơn giản để chuyển đổi của nước (chất lỏng) thành HHO (khí) có thểđược viết như sau:

H2O(l) → HHO(k)

 Với sự giúp đỡ của dòng điện một chiều tới các tế bào điện phân để phân táchnước thành hydro và oxy

2 H2O (l) + NĂNG LƯỢNG → 2H2 + O2

 Quá trình hóa học có thể dễ dàng tăng tốc độ bằng cách sử dụng chất xúc tác vàtrong suốt quá trình các chất xúc tác được chọn không thay đổi thuộc tính của

nó Mục đích chính của các chất xúc tác là để làm giảm lượng năng lượng cầnthiết để chuyển đổi Phương trình hóa học sau đây mô tả các chức năng của chấtxúc tác:

 Lưu ý: Lượng khí HHO được sản xuất ra phụ thuộc vào diện tích làm việc của các tấm điện cực và điện áp của nguồn điện dùng để điện phân Điên áp tối thiểu để thực hiện

quá trình điện phân là 1,69 V nếu sử dụng chất xúc tác là NaOH và 1,67 V nếu sử dụng KOH Khi điện áp tăng lên thì lượng khí được sản xuất cũng tăng theo nhưng nếu điện áp tăng quá cao dẫn đến cường độ dòng điện tăng theo thì sẽ sinh nhiều nhiệt dẫn tới giảm hiệu quả của quá trình điện phân do nhiệt sinh ra lớn làm nước bị bốc hơi.

2.6 Các loại thiết bị tách nước tạo khí HHO

Nguyên lý cơ bản

 Như đã nói ở trên thiết bị tách nước thành khí HHO liên quan đến việc sản xuấtkhí Hydro và Oxi với sự giúp đỡ của quá trình điện phân Trong quá trình này,dòng điện một chiều thông qua điện cực vào nước, thông qua các phản ứng hóahọc khí Oxi được tạo ra ở các tấm điện cực dương còn khí Hydro thì được tạo ra

ở các tấm điện cực âm

 Nước tinh khiết thì không dẫn điện vì vậy cần phải thêm một số chất xúc tácnhằm làm tăng hiệu suất của quá trình này Chất xúc tác có tác dụng làm giảmđiện trở kháng của nước Chất xúc tác được lựa chọn ở đây là NaOH Ta chỉ cần

bỏ chất xúc tác vào nước lần đầu tiên những lần sau khi dung dịch điện phân cạndần ta chỉ cần thêm nước vào vì trong quá trình điện phân chất xúc tác khôngmất đi

2.6.1 Các loại thiết bị điện phân chủ yếu

 Có 2 loại thiết bị điện phân là wet cell và dry cell Cả 2 loại đều hoạt động theonguyên lý điện phân, nghĩa là đều xảy ra phản ứng:

2 H2O (l) →2 H2(g) + O2(g)(2.4)

 Sự khác biệt lớn nhất chủ yếu là trong thiết kế Các tấm điện cực được ngâmngập vào trong nước được gọi là “Wet cell” và cách thứ 2 là “Dry cell” dòngđiện được nối với các cạnh của các tấm điện cực, các cạnh này được cách ly vớidung dịch điện phân bằng các tấm đệm bằng vật liệu cách điện

bốc hơi nhiều hơn trong dung dịch điện phân và hòa lẫn vào khí HHO được tạora.

Hình 2.7 Mô hình điện phân kiểu Wet Cell

Hình 2.8 Wet Cell trong thực tế2.6.3.Dry Cell

 Ở thiết kế này các cạnh bên ngoài của tấm điện phân và các kết nối với dòngđiện được cách ly với dung dịch điện phân Mỗi tấm điện phân đi kèm với mộttấm cách điện, cách ly các cạch của tấm điện phân với dung dịch điện phân

“Wet cell” và “Dry cell” đều sử dụng chung một nguyên tắc điện phân nước đểtạo khí HHO

Hình 2.9 Mô hình điện phân nước kiểu Dry Cell

Hình 2.10 Dry Cell trong thực tế

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN

3.1 Biện luận và chọn phương án

Ngày nay phương pháp điện phân sử dụng bình điện phân kiểu “Dry cell” được

sử dụng chủ yếu vì các lý do chính sau:

Khi các tấm điện cực được ngâm trong nước, các cạnh của các tấm điện cực tiếpxúc trực tiếp với dung dịch điện phân Việc này hầu như là lãng phí trong quá trình chếtạo khí HHO Khi các cạnh được cách ly với dung dịch điện phân, như kiểu “Dry cell”,dòng điện trong quá trình điện phân buộc phải truyền đi trên bề mặt các tấm điện phân

Do đó điện cung cấp cho quá trình điện phân được sử dụng một cách hiệu quả hơn.Đây là một trong những lý do chính mà thiết kế kiểu “Dry cell” phổ biến hơn

Các kết nối dòng điện một chiều với các tấm điện cực sẽ bị phá hủy nếu ngâmtrong dung dịch điện phân do hiện tượng ăn mòn điện hóa Với thiết kế “Dry cell” cáckết nối này được cách ly với dung dịch điện phân, dung dịch điện phân được trữ trongbình chứa riêng biệt và được tuần hoàn do đó quá trình sản xuất khí HHO hiệu quả hơn

và sinh ra ít nhiệt hơn

Do đó chúng em chọn thiết kế Dry Cell trong luận văn tốt nghiệp này

3.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động

Hì

nh 3.1 Hệ thống máy hàn khí HHO

Sơ đồ nguyên lý của máy hàn HHO được biểu diễn như hình 3.1 Khi cấp dòngđiện xoay chiều 220V vào máy biến áp 1 pha thì ở đầu ra ta có dòng điện 1 chiều 48V.Sau đó kết nối cực âm và cực dương vào hai tấm điện cực của Dry Cell, dung dịchchứa trong Dry Cell sẽ được điện phân và khí HHO được tạo thành Lúc này ở ngõ racủa Dry Cell sẽ bao gồm khí và dung dịch đi lên bình chứa, dung dịch sẽ được giữ lại ởbình chứa để cung cấp cho Dry Cell hoạt động còn khí sẽ được dẫn qua bình lọc khí,qua van an toàn và đi ra đèn hàn Khi đó ta chỉ việc mồi lửa là sẽ sử dụng được.

3.3 Thiết kế dry cell

Hình 3.2 Bản vẽ các tấm giữ

3.3.2 Tấm trung tính.

 Các tấm trung tính có kích thước 120x120 được vát 4 góc như hình 3.3 Các lỗ

10 phải được gia công với độ chính xác cao để lúc lắp ráp tạo thành các đườngthông suốt với nhau giúp cho khí thoát ra nhanh hơn