5 Findings
5.4 Synthesising the findings across sub-studies
Para este estudo foi utilizada uma bancada de testes composta por um gerador de energia elétrica a gasolina B4T-2500L da Branco, no qual foi feita a adaptação de dois eletrolisadores construídos a partir de modelos utilizados por muitos e vendidos em vários sites da internet, um de célula molhada (Wet Cell) Figuras 32 e 33 e outro de célula seca (Dry Cell), Figura 34. As características básicas dos equipamentos utilizados serão apresentadas nas Tabelas 12, 13 e 14 a seguir.
Tabela 12 - Características do gerador de energia elétrica:
código Partida manual: 90302580
motor 6,5 cv
partida Partida manual e elétrica tipo de combustível Gasolina
potência máxima 2,2 KVA potência contínua 2,0 KVA
tensão de saída 110V / 220V (Com voltímetro e chave seletora de tensão) controle de tensão AVR / com Escova
carregador de bateria 12 V; 8,3 A capacidade do tanque 12,5 l autonomia (50% de carga) 10 h peso 45 / 49 Kg fases Monofásico ruído (7 m) 77 dB A dimensões (C x L x A) (mm) 610 x 460 x 520 fio (mm) 2,5
Tabela 13 - Características do eletrolisador: Célula molhada (wet Cell)
placas 16
material das placas aço inox 316L 115mmx70mmx3,0mm material da matriz do
gerador
parafusos, porcas e arruelas em inox 316L (3/16”).
células geradoras 8
reservatório borbulhador garrafa pet de 500cm3
corpo de gerador Vasilhame de plástico cúbico com volume de cerca de 2570cm3;
produção de gás hho de 0,5 a 1,7 litros por minuto corrente de trabalho de 8 a 16 ampéres
cabeação elétrica cabo flexível 2,5mm temperatura de operação 35 a 55 ºC
Consumo de água 15 a 60 ml/h
vedação Tampa plástica hermética drenos e exaustão mangueira 3/16”
Figura 33 – (a) Eletrolisador montado, (b) detalhe do arranjo das placas - Célula Molhada, construída no laboratório de Energias da UFRN, baseada no modelo de Kelly (2008).
Tabela 14 - Características do eletrolisador: Célula seca (dry Cell)
placas 16
material das placas aço inox 316L 115mmx70mmx3,0mm material da matriz
do gerador
parafusos, porcas e arruelas em inox 316L (3/16”), orings de borracha 150x150x3 (mm), formando uma área vazada de 140x140 (mm).
células geradoras 8
reservatório
borbulhador garrafa pet de 500cm
3
reservatório do eletrólito
confeccionado em tubo de PVC 25 mm, com 200 mm de comprimento. corpo de gerador Placas de acrílico 190mmx190mmx10mm
produção de gás hho
de 0,5 a 1,7 litros por minuto corrente de
trabalho de 12 a 16 ampères
cabeação elétrica cabo flexível 2,5mm temperatura de
operação 30 a 40ºC
Consumo de água 10 a 15 ml/h
Figura 34 - Eletrolisador, Célula Seca, construído nas dependências do
PPGCEM/UFRN, baseado no modelo de William Rhodes (ver Figura 14).
4.1 – Amostragem
No desenvolvimento deste trabalho, considerando que várias partes do motor do gerador de energia elétrica, como carcaça, camisa interna perfurada, sistema de injeção de combustível, sistema de ignição (vela), sistema de drenagem para o combustível residual na câmara, anéis de vedação e cabeça do pistão, entre outras, estiveram em contato direto com o hidrogênio gasoso, tomou-se como amostra apenas a cabeça do pistão, pois acredita-se que esta foi a região que recebeu o maior impacto da explosão, além de ser a parte que esteve comprimindo a mistura de combustível rica em hidrogênio gasoso e ser fundida em alumínio, de estrutura cristalina (CFC) favorável à solubilidade do hidrogênio [92] e, ainda, acompanhando uma tendência das montadoras em usar o alumínio para confecção de pistões, o que a tornou um alvo potencial para a fragilização pelo hidrogênio. Daí o interesse particular por esta região. As outras partes em questão poderão ser analisadas em estudos posteriores.
4.2 – Coleta de dados
A coleta de dados foi realizada seguindo-se os passos da tabela 15.
Tabela 15 – Resumo da coleta de dados
Passos Procedimentos /testes/análises
1º - Caracterização do pistão - Microscopia (Confocal e MEV-EDS) e DRX. 2º - Construção e adaptação dos
eletrolisadores - Confecção dos eletrolisadores a partir dos modelos desenvolvidos por Rhodes e Mayer [71] 3º - Acionamento do sistema - Troca do pistão por um novo (original de fábrica);
- Acionamento por 100h – gasolina comum, sem hidróxi;
- testes de consumo com cargas de 0W, 500W, 1000W e 2000W; - Testes de emissões de gases de descarga;
- Microscopia (MO, Confocal e MEV-EDS); 4º - Acionamento do sistema com
adição de gás hidóxi - Troca do pistão por um novo (original de fábrica); - Acionamento por 100h – Gasolina comum, com adição de 1,5L de hidróxi por minuto;
- Testes de consumo com cargas de 0W, 500W, 1000W e 2000W; - Testes de emissões de gases de descarga;
- Microscopia (MO, Confocal e MEV-EDS) e DRX. 5º - Análise dos resultados - Comparações das imagens entre o 3º e 4º passos. 6º - Acionamento do sistema - Troca do pistão por um novo (original de fábrica);
- Acionamento por 500h – gasolina comum, sem hidróxi; - Microscopia (MO, Confocal e MEV-EDS);
7º - Acionamento do sistema com
adição de gás hidóxi - Troca do pistão por um novo (original de fábrica); - Acionamento por 500h – Gasolina comum, com adição de 1,5L de hidróxi por minuto;
- Microscopia (MO, Confocal e MEV-EDS) e DRX. 8º - Análise dos resultados - Comparações das imagens entre o 6º e 7º passos. 9º - Nitretação da cabeça dos
pistões - Testes dos parâmetros de nitretação em amostras; - Microscopia (MO, Confocal e MEV-EDS) e DRX; - Testes de Dureza Vickers;
- Nitretação de pistões por Magnetron Sputtering. 10º - Acionamento do sistema com
adição de gás hidóxi - Troca do pistão por um novo (original de fábrica com a cabeça endurecida por deposição de filme fino de AlN); - Acionamento por 500h – Gasolina comum, com adição de 1,5L de hidróxi por minuto, sem carga de trabalho;
- Microscopia (MO, Confocal e MEV-EDS) e DRX. 11º - Análise dos resultados Comparação entre os passos 6º e 10º.
12º - Acionamento do sistema - Troca do pistão por um novo (original de fábrica); - Acionamento por 1000h – gasolina comum, sem hidróxi; - Microscopia (MO, Confocal e MEV-EDS) e DRX;
13º - Acionamento do sistema - Troca do pistão por um novo (original de fábrica com a cabeça endurecida por deposição de filme fino de AlN);
- Acionamento por 1000h – Gasolina comum, com adição de 1,5L de hidróxi por minuto, sem carga de trabalho;
- Microscopia (MO, Confocal e MEV-EDS) e DRX. 14º - Análise dos resultados Comparação entre os passos 12º e 13º.
15º - Acionamento do sistema –
ensaios finais. - Troca do pistão por um novo (original de fábrica); - Acionamento por 40h – gasolina aditivada, sem hidróxi;
- testes de consumo com cargas de 0W, 500W, 1000W e 2000W; - Acionamento por 40h – gasolina aditivada, sem hidróxi;
- testes de consumo com cargas de 0W, 500W, 1000W e 2000W; - Testes de emissões de gases de descarga;
1º passo – Caracterização do material constituinte da peça do pistão.
O pistão é constituído de uma peça única fundida. Neste primeiro passo foi feita uma caracterização por EDS em microscópio eletrônico de varredura com aumento de até 1000X, além de uma análise da topografia da superfície do pistão, com “Microscopia Confocal”, com microscópio Leica DCM3D, para que fosse possível identificar o material constituinte e avaliar as condições iniciais reais da peça, já que, por exemplo, um simples polimento mascararia as reais condições da peça, visto que a peça possui uma rugosidade em grande parte de sua superfície, além de um relevo variável, como evidenciado na Figura 35.
Figura 35 – Pistão fundido em liga de alumínio-silício.
2º passo - Construção e adaptação dos geradores de hidrogênio ao gerador de
energia elétrica.
Para a construção do gerador de hidrogênio, célula molhada, foi utilizado como base o modelo patenteado por Stanley Mayer, citado por Kelly (2008), pelo fato deste encontrar-se em domínio público.
A Figura 36 ilustra a “matriz” do eletrolisador, que é a parte mais importante no processo de eletrólise.
Figura 36 – Matriz do eletrolisador de célula molhada [71].
A Figura 36 ilustra claramente como as placas de aço foram dispostas. Neste modelo foram utilizadas placas com as dimensões de 2,75" x 4,5" x 0,125" (70 mm x 115 mm x 3 mm), em aço inox 316L e os seus furos de montagem existentes são de 5/16" (8mm) de diâmetro, a fim de passar os parafusos de plástico usados para segurar as placas em conjunto para fazer a matriz.
Duas tiras de aço inoxidável 316L foram utilizadas para fixar a matriz de placas à tampa do eletrolisador (Figura 37-a). Estas tiras se ligam a quatro das placas (as duas mais internas – 0 V, e as duas mais externas – 12 V), como a cinta exterior é atravessada de uma ponta à outra através da parte inferior da matriz das placas, ela faz a ligação de ambas as placas exteriores, como pode ser visto na Figura 36.
O corpo do eletrolisador foi montado com recipiente de plástico transparente conforme indicado nas especificações, para facilitar a visualização de todo o processo (Fig. 37-b). E o borbulhador foi feito a partir de uma garrafa pet de 500 ml.
Figura 37 – Matriz presa à tampa do eletrolisador por tiras de aço isoladas (a),
Visão em perspectiva da matriz presa à tampa (b).
As placas são mantidas em posição por dois parafusos de plástico que correm através dos orifícios iniciais de montagem das placas. O arranjo deve ter uma diferença de 1,6mm entre cada um dos oito pares de placas. Esta distância é conseguida colocando arruelas de material isolante sobre os parafusos de plástico entre cada par de placas.
O espaçamento mais importante aqui é esse de 1,6 mm entre as placas, pois este espaçamento foi apontado por vários autores [14, 156, 157] como o mais eficaz no processo de eletrólise. A maneira que a bateria está conectada é incomum (Fig. 38), na medida em que deixa a maioria das placas aparentemente desconectadas.