Affermare che nell'anno trascorso dall'inizio della pandemia di COVID-19 siano accadute molte cose è riduttivo, considerando la portata epica degli eventi. È difficile ricordare i primi tempi della comunità di hacker hardware, quando si ricorreva alla produzione in serie di DPI, ventilatori polmonari fai-da-te e così via. Tuttavia, non si ricordano molti tentativi di costruire concentratori di ossigeno "fai-da-te" durante la fase iniziale di espansione.
Considerata la semplicità e l'efficacia del progetto chiamato OxiKit, sembra strano che non si siano visti più dispositivi simili. OxiKit utilizza la zeolite, un minerale poroso che può essere usato come setaccio molecolare. Le minuscole sfere sono confezionate in un cilindro realizzato con tubi e raccordi in PVC reperibili in ferramenta e collegate a un compressore d'aria senza olio tramite una valvola pneumatica controllata da una serie di elettrovalvole. Dopo essersi raffreddata nella serpentina di rame, l'aria compressa viene forzata a passare attraverso una colonna di zeolite che trattiene preferenzialmente l'azoto, lasciando passare l'ossigeno. Il flusso di ossigeno viene diviso: una parte entra nel serbatoio di accumulo e l'altra entra nell'uscita della seconda torre di zeolite, dove l'azoto adsorbito forzatamente viene rilasciato. Arduino controlla la valvola per far fluire alternativamente il gas avanti e indietro, producendo 15 litri di ossigeno puro al 96% al minuto.
OxiKit non è ottimizzato come i generatori di ossigeno commerciali, quindi non è particolarmente silenzioso. Tuttavia, è molto più economico di un'unità commerciale e, per la maggior parte degli appassionati di elettronica, è facile da costruire. I progetti di OxiKit sono tutti open source, ma l'azienda vende kit di attrezzi e alcuni componenti e materiali di consumo difficili da reperire, come la zeolite. Proveremo a costruire qualcosa di simile perché la tecnologia è davvero interessante. Avere una fonte di ossigeno ad alto flusso non è certo una cattiva idea.
15 litri al minuto sembrano davvero impressionanti. In termini di scala, sono sufficienti a sostenere la vita di 7 persone in circostanze normali (ciascuna con un consumo di 2 litri al minuto).
Ho sempre voluto sapere come funzionano. Interessante. Sembra quasi che violi le leggi della termodinamica, ma non è così.
Con una quantità di ossigeno così elevata prodotta, vorrei sapere cosa succederebbe se appendessi questo aggeggio al motore di un'auto e/o lo ingrandissi. Potrebbe essere simile al nitrito. Sarebbe abbastanza sicuro, perché si potrebbe configurarlo in modo che l'ossigeno "puro" prodotto venga consumato immediatamente vicino al motore invece di essere immagazzinato da qualche parte. Tuttavia, prima devo modificare l'auto. Ritorno di fiamma... "Sarà un disastro."
Penso che sia adatto per la saldatura/brasatura/taglio di ossigeno/propano, ossigeno/idrogeno o ossigeno/acetilene.
Sì, dopo aver visto questo video, su YouTube è apparso il video di Dalbor Farny con i suoi suggerimenti sul concentratore di O2. Lo scopo è quello di fornire la torcia a ossigeno di cui ha bisogno per il tornio per soffiatura del vetro. Realizza il tuo tubo digitale personalizzato. Infatti, sei di questi tubi combinati producono 30 litri al minuto di O2.
Immagino che un motore da 2 litri che gira a qualche migliaio di giri al minuto potrebbe consumare il motore da 15 litri invece di impiegarci un minuto. Tuttavia, questo potrebbe aumentare il livello di ossigeno nell'aria aspirata a un livello sufficiente? Non lo so davvero.
Il nitrito può fornire energia perché rilascia una molecola di azoto per ogni molecola di protossido di azoto decomposta (mantiene il suo volume man mano che l'ossigeno viene consumato), così come aumenta la concentrazione effettiva di ossigeno (il rilascio produrrà anche calore). Pompare ossigeno puro non è altrettanto vantaggioso, perché si perde comunque volume e si devono affrontare problemi che potrebbero innescare l'incendio del blocco motore.
Dovrete aumentare seriamente le dimensioni. Un motore di un'auto da 2 litri con una velocità di 2500 giri al minuto "respira" circa 2,5 metri cubi d'aria al minuto (21% di O²). Si tratta di circa 600 volte la quantità di aria respirata da un essere umano a riposo. Il volume d'aria respirata dagli esseri umani è circa il 25% dell'O², mentre quello consumato dalle automobili è circa il 90%...
Inoltre, brucia pistoni molto caldi e fusi. Inclinando la miscela di carburante, è effettivamente possibile ottenere più potenza da qualsiasi motore. Ma il pistone si fonderà a causa dell'aumento di calore. Il minore contenuto di ossigeno impedisce la fusione del metallo.
I motori delle automobili tradizionali sono limitati dal flusso d'aria e producono la massima potenza quando bruciano tutto l'ossigeno presente nell'aria. Ciò si ottiene arricchendo leggermente la miscela, il che significa che parte della benzina non viene bruciata. A meno che non sia richiesta la massima potenza, i motori delle automobili di solito funzionano con una miscela leggermente più ricca, perché un funzionamento con una miscela troppo ricca comporta un minor consumo di carburante e un aumento delle emissioni di idrocarburi.
Se si desidera utilizzare questa funzione per aumentare la potenza, è necessario trovare un modo per ingannare la centralina del motore in modo che aggiunga una certa percentuale di carburante contemporaneamente.
Se si riesce a mantenere costante il rapporto aria-carburante, è più o meno come aprire la farfalla solo di pochi punti percentuali.
Tuttavia, se si supera "qualche punto percentuale" (ambiguità intenzionale...), si potrebbe raggiungere il limite della capacità della centralina di capire quanta aria entra, o di controllare quanto carburante fuoriesce, o di impostare la corretta fasatura dell'accensione indipendentemente dalla velocità e dal flusso d'aria utilizzati.
La portata del flusso necessaria per mantenere in vita una persona dipende in gran parte dalle sue condizioni! 2 l/minuto è un valore piuttosto semplice. Molti pazienti che necessitano di terapia intensiva richiedono 15 l/minuto.
Bisogna fare attenzione a non rimanere senza ossigeno. Elevate concentrazioni di ossigeno possono rendere infiammabili molte sostanze e favorire l'autocombustione di molti oli e lubrificanti. Per questo motivo si utilizzano compressori senza olio.
Questo, e molti altri metodi di elaborazione dell'ossigeno "non immediatamente intuitivi", possono essere dannosi, soprattutto in condizioni di pressione crescente.
Se utilizzate l'ossigeno, potete usare la guida "Oxygen Hacker's Companion" di Vance Harlow (i subacquei che usano il nitrox potrebbero già averla): http://www.airspeedpress.com/newoxyhacker.html
Non conosco il libro, è l'utente, non il sintonizzatore. Comunque, grazie per il suggerimento, ordinerò una copia non appena il modulo sarà attivo!
Sì, lo specificherò. La modalità di guasto dell'aria compressa in PVC è un'esplosione a schegge, quindi fate attenzione a questi valori di pressione: all'aumentare del diametro del tubo, la pressione nominale diminuisce.
Nei primi anni '80 lavoravo per un'azienda di noleggio di apparecchiature mediche che noleggiava e forniva assistenza ai generatori di ossigeno Devilbiss. All'epoca, queste unità avevano le dimensioni di un piccolo frigorifero per birra. Ricordo distintamente la natura di "deposito di componenti" della loro struttura interna. Ricordo ancora che il letto di setacci era realizzato con tubi e coperture in PVC da 4 pollici, quindi la struttura descritta in questo progetto è coerente con la tecnologia storica (ma ovviamente pratica) del passato.
Il compressore è del tipo a doppio pistone/membrana oscillante, quindi non c'è olio nell'aria compressa. La valvola nella testa del compressore è una sottile lamella in acciaio inossidabile.
La separazione dei flussi viene effettuata da un timer meccanico, senza bisogno di Arduino. Il timer è dotato di un sincronizzatore (motorino a ingranaggi) che aziona un albero con diverse ruote a camme. Un microinterruttore montato sulla camma aziona un'elettrovalvola, provocando il movimento del gas.
Il peggior nemico di queste macchine è l'elevata umidità. L'assorbimento delle molecole d'acqua distrugge il letto di setacci.
Poco prima di lasciare l'azienda, abbiamo iniziato ad acquistare un concentratore da un concorrente di Devilbiss (di cui ora non ricordo il nome), e l'azienda ha fatto grandi progressi. Oltre al nuovo concentratore, più piccolo e silenzioso, l'azienda ha anche costruito il letto di setacci utilizzando tubi di alluminio. Il tubo è rivestito da una piastra con scanalature lavorate per gli O-ring. Mi sembra di pensare al supporto completamente filettato che unisce i vari componenti. Il vantaggio di questa soluzione è che, se necessario, il letto può essere separato e il materiale di setacciatura sostituito. Hanno anche eliminato i timer meccanici e li hanno sostituiti con semplici dispositivi elettronici e SSR per azionare i solenoidi.
Richiedono l'uso di tubazioni SCH40 (pressione nominale 260 psi a 3") e sono chiaramente dotate di una valvola di sicurezza da 40 psi e di un regolatore da 20-30 psi prima che il PVC venga pressurizzato, quindi c'è un buon margine di sicurezza. Non sono sicuro di come verrà esposto all'O2. Cambia l'intensità.
La pressione di scoppio del tubo SCH40 è molte volte superiore alla pressione nominale, a seconda del diametro. Un tubo da 3 pollici ha una pressione di circa 850 psi, mentre un tubo da 6 pollici ha una pressione di circa 500 psi. Un tubo da 1/2 pollice si avvicina ai 2000 psi. Il doppio rispetto all'SCH80. Ecco perché i lanciapalle da tennis in PVC non esplodono: ce ne sono troppi. Allargare la camera di combustione a 6 o 8 pollici aumenterà le probabilità di esplosione. In generale, però, la comunità degli appassionati di fai-da-te tende a sottovalutare seriamente la resistenza dei tubi in plastica. https://www.pvcfittingsonline.com/resource-center/strength-of-pvc-pipe-with-strength-chart/
Sarei interessato a limitare la possibilità per i dilettanti di utilizzare fuochi d'artificio (e possibilmente anche la loro purezza). Il mercato degli hobbisti solitamente acquista bombole di ossigeno medicale dismesse. Questa era la mia prima idea, ma il costo del kit più la distinta dei materiali superavano di gran lunga il prezzo di un'unità medicale dismessa.
Un motore di un'auto da 2 litri può consumare 9.000 litri/minuto di ossigeno (ad alta velocità), quindi 15 litri/minuto di ossigeno sono circa 600 volte meno. Questo è un dispositivo fantastico. Ho comprato diversi concentratori ricondizionati da 5 litri al minuto per 300 dollari ciascuno (il prezzo sembra in aumento). Produce 5 litri/minuto. Vengono utilizzati alcune centinaia di watt, quindi si estrapola che 9000 litri al minuto (solo a scopo di intrattenimento) richiedono circa 360 kW (480 CV).
Perché il loro algoritmo è stato scritto dalla band berlinese. (Calcolatene uno e riceverete una stella d'oro.)
Dai un'occhiata al sito web dell'azienda... beh, le specifiche nel loro negozio sono un po' vaghe, ma ti vendono 5 libbre per $75,00. Quindi diamo un'occhiata a GitHub. Non farlo. Non c'è nessuna distinta base lì.
Abbiamo un progetto elettromeccanico open source che può dirti come costruirlo invece di come riempirlo. Lo definisco un luogo in cui mancano informazioni chiave. È come se un personaggio alzasse le sopracciglia... è affascinante.
OxiKit ha menzionato in un commento a uno dei suoi video (quello a cui ho linkato nell'articolo, se non ricordo male) che si tratta di zeolite di sodio.
Come per qualsiasi altro setaccio molecolare, si comunica al produttore l'uso previsto, non la sua funzione specifica. Perché in fondo si tratta della stessa cosa, ma con un'apertura diversa.
I concentratori di O2 utilizzano solitamente zeolite 13X da 0,4 mm a 0,8 mm o zeolite JLOX 101, quest'ultima la più costosa. Quando ho ricostruito il concentratore di O2 acquistato su Craigslist, ho usato la zeolite 13X. La luce verde è sempre accesa, quindi la purezza dell'ossigeno è almeno del 94%.

https://catalysts.basf.com/files/literature-library/BASF_13X-Molecular-Sieve_Datasheet_Rev.08-2020.pdf

Si possono utilizzare anche setacci molecolari 5A (5 angstrom). Credo che siano meno selettivi per l'azoto, ma possono comunque essere impiegati.
Su Wikipedia è presente un'ottima animazione che può aiutarti a comprendere intuitivamente il principio di funzionamento del dispositivo: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/76/Pressure_swing_adsorption_principle.svg I ingresso aria compressa A adsorbimento O ossigeno Uscita D desorbimento E scarico
Quando una colonna di zeolite è quasi piena di azoto, tutte le valvole vengono aperte per rilasciare l'azoto adsorbito dalla colonna.
Grazie mille per la breve spiegazione. Mi sono sempre chiesto se il generatore di azoto potesse essere utilizzato per progetti fai-da-te di saldatura ad azoto a casa. Quindi, il prodotto di scarto del concentratore di ossigeno è fondamentalmente azoto: perfetto, lo userò nella mia stazione di saldatura senza piombo.
In effetti, per i dilettanti è molto utile poter convertire l'aria in ossigeno e azoto quasi puri. Vorrei sapere se è possibile utilizzare "azoto quasi puro" come gas di protezione per la saldatura.
Per la saldatura TIG (nota anche come GTAW), dato che il pennacchio di plasma è molto sensibile, non ne sono sicuro. Si utilizza principalmente gas argon, a volte con una piccola quantità di elio per penetrare in materiali come alluminio e titanio. La portata è di circa 6-8 l/min, che potrebbe essere eccessiva per un compressore standard.
Per la saldatura, è importante sapere che le principali marche di stazioni di saldatura vendono tutte gas di protezione azoto per la produzione RoHS, ma il prezzo del kit si aggira tra 1.000 e 2.000 euro. La loro portata è di circa 1 l/min, il che è molto adatto per i setacci molecolari. Quindi, assembliamo un po' di attrezzatura e proviamo a saldare senza flussante e senza piombo a casa!
I saldatori desiderano poter utilizzare azoto puro come gas di protezione. È più economico dell'argon o dell'elio, che è ancora più economico. Sfortunatamente, è sufficientemente reattivo alla temperatura raggiunta dall'arco e tende a formare nitruri indesiderati nella saldatura.
Viene utilizzato come gas di protezione per la saldatura, ma anche una piccola quantità può alterare le caratteristiche della saldatura.
Ovviamente, è possibile utilizzarlo nella saldatura laser, ma anche una fabbrica ben attrezzata potrebbe non disporre di questa funzionalità.
Pertanto, in teoria, almeno un PSA può essere utilizzato per ridurre l'azoto, e poi un altro PSA (utilizzando un'altra zeolite) per ridurre l'ossigeno, lasciando una concentrazione più elevata di sostanze che non sono né ossigeno né azoto.
Quando avrai individuato il punto corretto, ti suggerisco di condensare l'aria e poi distillarla per separare il gas desiderato da quello indesiderato.
@Foldi-A punto di svolta in termini di energia in ingresso e gas in uscita. Sono totalmente d'accordo sul fatto che l'efficienza sarà molto più elevata su scala maggiore perché si può utilizzare l'evaporazione per il pre-raffreddamento.
Ma su scala molto ridotta, avrai 1 compressore, 4 torri di zeolite e una serie di valvole di pressione elettroniche e il costo iniziale di un controller economico (il cervello), che penso sarà inferiore.
@irox, per analogia si può certamente affermare che nessuno che utilizzi 2 litri di ossigeno morirà/peggiorerà rapidamente senza riceverne. Per fare un paragone, i nostri pazienti in terapia intensiva (ICU) che presentano un flusso espiratorio elevato secondario a causa del COVID ricevono 45-55 litri quando la FIO2 è del 60-90%. Questi sono i nostri pazienti "stabili". Se non c'è un flusso espiratorio elevato, le loro condizioni peggioreranno sicuramente rapidamente, ma non saranno così gravi da richiedere l'intubazione. Si osserveranno valori simili o superiori per altri pazienti con ARDS o nella maggior parte delle altre situazioni che richiedono una cannula nasale di dimensioni maggiori rispetto a una cannula nasale convenzionale.
Per me, l'utilizzo è di nicchia. Questo dispositivo può ragionevolmente mantenere 2 pazienti a una pressione di 6-8 L, un valore che in realtà è superiore a quello ottenibile con la cannula nasale convenzionale o la ventilazione non invasiva a pressione positiva (NIPPV). Vorrei sottolineare che è molto efficace per un piccolo ospedale con una fornitura limitata di ossigeno e può fornire assistenza medica a pazienti con malattie croniche in situazioni di emergenza a breve termine.
Il paziente consuma 6 litri (o 45-55 litri) di ossigeno al minuto, oppure una parte viene dispersa, espirata nell'ambiente o altrove?
La mia esperienza si limita a un sistema di supporto vitale per persone sane (con rimozione dell'anidride carbonica e aggiunta di circa 2 litri di anidride carbonica a persona al minuto), quindi, considerando i numerosi impieghi in campo medico, questa è una vera rivelazione!
È importante ricordare che assumono ossigeno, perché i loro polmoni sono molto ristretti quando lo fanno. Pertanto, rispetto al fabbisogno teorico del corpo umano, il costo è molto elevato, perché in realtà entrano pochissime persone.
Non so se la persona che ha parlato fosse anche quella che l'ha progettato, ma questo non corrisponde alla sua descrizione. I setacci molecolari e le zeoliti non intrappolano N2, ma possono intrappolare O2. Per catturare N2, è necessario un assorbitore di azoto, che è una cosa completamente diversa. Il setaccio intrappola l'O2 sotto pressione mentre l'azoto continua a passare. Questo deve essere corretto, perché quando si rilascia la pressione e la si usa per scaricare l'N2 in un'altra colonna, non ha senso cercare di rimuovere l'N2 con N2. Queste sono unità di adsorbimento a variazione di pressione (PSA), che funzionano intrappolando O2. Una pressione più elevata e cilindri più grandi possono portare a una maggiore efficienza (4 cilindri hanno un'efficienza fino all'85%). Questo condensa l'O2, ma non funziona come dice lui (o come dice l'articolo).
È necessario fornire la fonte delle informazioni richieste, poiché è assolutamente possibile adsorbire N2 sui setacci molecolari di zeolite 13X e 5A. http://www.phys.ufl.edu/REU/2008/reports/magee.pdf
L'articolo di Wikipedia sull'adsorbimento a pressione variabile (PSA) conferma inoltre che la zeolite assorbe azoto. https://en.wikipedia.org/wiki/Pressure_swing_adsorption#Process
"Tuttavia, è molto più economico di un'unità commerciale." Dato che la distinta base supera i 1.000 dollari, mi risulta difficile avvalorare questa affermazione. La distinta base per i concentratori commerciali domestici (non portatili) costa circa un terzo, è facile da reperire e non richiede manodopera. So che 17 litri al minuto sono un valore elevato, ma nessuno al di fuori dell'ospedale richiederà un flusso di ossigeno così elevato. Chiunque faccia una richiesta del genere è probabilmente in procinto di essere dimesso o intubato.
Sì, questo è un progetto interessante, ma è vero che la sua convenienza economica è trascurabile, almeno in una certa misura. In Australia, la nuova apparecchiatura da 10 l/minuto costa solo circa 1500 dollari australiani. Supponendo che 1000 dollari australiani corrispondano a dollari statunitensi, questo riduce il costo di acquisto della nuova apparecchiatura.
Prima della pandemia, ne ho comprato uno su eBay a circa 160 sterline con una portata di 1,5 litri al minuto a un prezzo del 98%. E questo è molto più silenzioso di questo! In questo modo, si riesce davvero ad addormentarsi.
Detto questo, si tratta comunque di un'impresa notevole. Mettetelo nella stanza accanto al tubo lungo per evitare rumori e rischi di esplosione...
Vorrei sapere se è possibile utilizzarlo come fonte di azoto quasi puro, in ambienti protetti o persino nella saldatura?
Che ne dite di pneumatici gonfiati ad azoto? Considerando i costi di questo servizio, l'azoto dev'essere molto caro...
Il passo successivo potrebbe essere interessante: prelevare il prodotto in uscita da questo concentratore e separare una miscela di 95% O2 + 5% Ar. Ciò può essere fatto mediante separazione cinetica utilizzando il setaccio molecolare CMS nel sistema PSA. Quindi, predisporre una pompa da 150 bar per riempire la bombola di argon.
Ora, ci serve solo qualcuno che esegua il processo Linde a casa per divertirci davvero in modo esplosivo.
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