אפקה - פרויקטי גמר 2020

28-29 / 568

רועי פלדנקרייז , אדר רובין
"ד: מנחה ר ינון יבור הנדסה מכנית
Hydro–Gen – מערכת להפקת חשמל וחום
באמצעות מים ואלומיניום
המערכת במבט כולל :
• המערכת שנבנתה נועדה לעבוד במשך שעה שלמה ,
כשהיא מפיקה חשמל בקצב של 100 וואט .
• המערכת הינה מערכת מודולרית ולכן ניתן להתאימה
ללקוח על פי צריכת חום וחשמל מתבקשת .
תהליך עבודת המערכת –
• בניית לחץ מים של 8 באר והזנה של אבקת אלומיניום באמצעות מערכת ההזנה .
• מים ואלומיניום מתערבבים ומגיבים כימית על פי הנוסחה :
2Al + 6H2 O → 2Al(OH)3 + 3H 2 + Heat
חום מימן אלומיניום מחומצן מים אלומיניום
• ' טמפ הזורם מגיעה ל - 150 , מעלות משם הוא מועבר דרך מחליף חום כדי למסור את החום .
• הזורם מגיע לתא ההפרדה שם המימן מופרד ומגיע לתא הדלק , והמים המסוננים מוחזרים למאגר .
מערכת Hydro-Gen מתחלקת לשלוש מערכות משנה עיקריות – מערכת הזנת מים ואלומיניום ,
מחליף חום , ותא הפרדה .
מערכת ההזנה :
• יחידה בה מתבצעת הזנה מבוקרת של אבקת אלומיניום ומים .
• מתבססת על הנוסחה הבאה :
= ∆ = ∑ ∆ = ( 2 ∗ − 2 + ( )3 ∗ − ( )3 + 2 − ∗ − 2 ) ∗ ( − )
- הספק החום , ∆ - הפרש האנתלפיות על פי החומרים השונים בתגובה .
• המערכת מתוכננת להגיע לטמפ ' של עד [°C] 150 .
• ' טמפ זו גבוהה מנקודת הרתיחה של המים , לכן המערכת מתוכננת לעבוד ב -8 [bar] .
• אבקת האלומיניום מוחדרת אל המים בלחץ זה על ידי המנגנון שבתמונה .
• המים בלחץ גבוה יכולים לזרום בשני קווי צנרת מקבילים כאשר הזרימה
מתוזמנת על ידי מערכת בקרה וברזים חשמליים .
• אבקת האלומיניום נדחפת על ידי בורג הנעה אל משפך המאפשר פתיחה
וסגירה מתוזמנת עם קווי המים .
פרויקט Hydro-Gen עוסק בתחום החם ביותר במשק האנרגיה
, העולמי אגירה ויצור אנרגיה ללא פליטת . מזהמים
בפרויקט זה יצרנו מודל אשר לוקח את חומרי מים( הגלם
ואלומיניום ) ומהם חום מפיק וחשמל דרישה פי על באופן , רציף
ללא צורך בהתערבות ידי אדם במהלך . התהליך
• על מנת לדאוג כי הבורג עונה על דרישת כמות האלומיניום הנחוצה שמתבסס על הנוסחה :
[gr/rev] =
4
2 − 2 ∗ ∗ ∗
a - מקדם מילוי החומר [ חסר יחידות ] , – צפיפות [Kg/m^3] , – פסיעה [m] .
• מתוך נוסחה זאת התקבל יחס מסת אבקת האלומיניום לסיבוב הבורג .
• לאחר מילוי התא נפתח המכסה אשר נותן לאלומיניום ליפול לתוך לקו הצנרת .
• כל התהליך מבוקר על ידי מערכת הבקרה והרכיבים האלקטרונים שבה .
מחליף החום :
• התגובה הכימית של מים ואלומיניום פולטת חום בנוסף למימן , את הפקת המימן המקסימלית ניתן
לחשב ע " י הנוסחה הבאה ( : מתוך המאמר של המרצה ד " ר ינון יבור )
= 0
−
0 [
3
∗ 2 ]
– קצב יצור המימן המקסימלי ,
0 - מקדם התהליך , - אנרגית אקטיבציה , T– ' טמפ בה מתרחש התהליך .
• קיים יחס ישר בין הפקת המימן והחום כלומר כאשר קצב הפקת המימן יהיה מקסימלי כך גם
הפקת החום .
• על מחליף החום שהתקבל בוצעו סימולציות של מעבר חום וזרימה , מכאן התקבלו שני מחליפי חום
עבור לקוח פרטי ועבור התעשייה .
תא ההפרדה :
• מפריד את הזורם למימן , אבקת אלומיניום מחומצן , ומים מסוננים .
• המימן המופק עובר דרך ממברנה וזורם אל תא הדלק בו מופק החשמל .
• המים המסוננים חוזרים למאגר המים לשימוש חוזר .
• האלומיניום מצטבר על 2 רשתות הסינון הניתנות לשליפה , ניתן לרוקן את
אבקת האלומיניום ולמחזרה .
מסת אלומיניום
לסיבוב הבורג
שטח המילוי