Decir que han ocurrido muchas cosas en el año transcurrido desde el inicio de la pandemia de COVID-19 es quedarse corto; son acontecimientos épicos, tanto que resulta difícil recordar los primeros días de la comunidad de hackers de hardware que utilizaban equipos de protección personal (EPP) producidos en masa, respiradores caseros, etc. Sin embargo, olvidamos que hubo muchos intentos de construir concentradores de oxígeno caseros durante la fase inicial de expansión.
Dada la simplicidad y eficacia del diseño llamado OxiKit, resulta extraño que no hayamos visto más dispositivos similares. OxiKit utiliza zeolita, un mineral poroso que puede usarse como tamiz molecular. Las diminutas perlas se empaquetan en un cilindro hecho de tubos y accesorios de PVC de una ferretería y se conectan a un compresor de aire sin aceite mediante una válvula neumática controlada por varias electroválvulas. Tras enfriarse en la serpentina de tubo de cobre, el aire comprimido se fuerza a pasar a través de una columna de zeolita que retiene preferentemente el nitrógeno, permitiendo el paso del oxígeno. El flujo de oxígeno se divide: una parte entra en el tanque de almacenamiento y la otra en la salida de la segunda torre de zeolita, donde se libera el nitrógeno adsorbido. El Arduino controla la válvula para que el gas fluya alternativamente de un lado a otro, produciendo 15 litros de oxígeno con una pureza del 96% por minuto.
OxiKit no está optimizado como los generadores de oxígeno comerciales, por lo que no es especialmente silencioso. Sin embargo, es mucho más económico que una unidad comercial y, para la mayoría de los aficionados a la electrónica, es fácil de construir. Los diseños de OxiKit son de código abierto, pero venden kits de herramientas y algunas piezas y consumibles difíciles de conseguir, como la zeolita. Intentaremos construir algo similar porque la tecnología es muy interesante. Además, contar con una fuente de oxígeno de alto flujo tampoco es mala idea.
Quince litros por minuto parece una cifra impresionante. En términos de escala, es suficiente para mantener la vida de siete personas en circunstancias normales (dos litros por persona por minuto).
Siempre he querido saber cómo funcionan. Interesante. Parece que casi viola las leyes de la termodinámica, pero no es así.
Con semejante cantidad de oxígeno producido, quiero saber qué pasará si se instala este aparato en el motor de un coche o si se amplía. Podría ser como el nitrito. Esto será bastante seguro, ya que se puede configurar para que el oxígeno "puro" producido se consuma inmediatamente cerca del motor en lugar de almacenarse en otro lugar. Sin embargo, primero tengo que ajustar el coche. ¡Fue un desastre! "Será malo".
Creo que esto es bueno para soldar/soldar/cortar oxígeno/propano, oxígeno/hidrógeno u oxígeno/acetileno.
Sí, después de ver este video, YouTube me mostró el video de Dalbor Farny sobre el concentrador de O2. Su propósito es proporcionarle el oxígeno que necesita para el torno de soplado de vidrio. Fabrica tu propio tubo digital personalizado. De hecho, seis de ellos se combinan para producir 30 l/min de O2.
Supongo que un motor de 2 litros funcionando a unos pocos miles de RPM podría consumir el motor de 15 litros en lugar de 1 minuto. Sin embargo, ¿podría esto aumentar el nivel de oxígeno en el aire de admisión a un nivel suficiente? Realmente no lo sé.
El nitrito puede proporcionar energía porque libera una molécula de nitrógeno por cada molécula de óxido nitroso descompuesta (mantiene su volumen a medida que se consume oxígeno), al tiempo que aumenta la concentración efectiva de oxígeno (la liberación también genera calor). Bombear oxígeno puro no es tan beneficioso, ya que se pierde volumen y existe el riesgo de que el bloque del motor se incendie.
Necesitarás aumentar considerablemente la escala. Un motor de automóvil de 2 litros a 2500 rpm «respira» aproximadamente 2,5 metros cúbicos de aire por minuto (21 % de O²). Esto equivale a unas 600 veces el volumen respiratorio de un ser humano en reposo. El volumen respiratorio que consumen los humanos es de aproximadamente el 25 % de O², mientras que el de los automóviles es de aproximadamente el 90 %.
También quema pistones muy calientes y fundidos. Al inclinar la mezcla de combustible, se puede obtener más potencia de cualquier motor. Sin embargo, el pistón se derretirá debido al aumento de temperatura. El menor contenido de oxígeno impide que el metal se funda.
Los motores de los automóviles convencionales están limitados por el flujo de aire y producen su máxima potencia al quemar todo el oxígeno del aire. Esto se logra enriqueciendo ligeramente la mezcla, lo que provoca que parte de la gasolina no se queme. A menos que se requiera la máxima potencia, los motores de los automóviles suelen funcionar con una mezcla ligeramente más rica, ya que un funcionamiento con exceso de combustible reduce la eficiencia y aumenta la contaminación por hidrocarburos.
Si quieres utilizar esta función para aumentar la potencia, necesitas encontrar una manera de engañar al ordenador del motor para que añada un cierto porcentaje de combustible al mismo tiempo.
Si se puede mantener constante la relación aire-combustible, es más o menos similar a abrir el acelerador solo en un pequeño porcentaje.
Sin embargo, si superas "un pequeño porcentaje" (ambigüedad intencionada...), puedes llegar al límite de la capacidad de la ECU para entender cuánto aire entra, o controlar cuánto combustible sale, o establecer el momento de encendido correcto independientemente de la velocidad y el flujo de aire que estés utilizando.
El flujo necesario para mantener con vida a una persona depende en gran medida de su estado. 2 l/min es bastante sencillo. Muchos pacientes que requieren cuidados intensivos necesitan 15 l/min.
Solo ten cuidado de no quedarte sin oxígeno. Las altas concentraciones de oxígeno pueden hacer que muchas sustancias sean inflamables y favorecer la combustión espontánea de muchos aceites y lubricantes. Por eso se utilizan compresores sin aceite.
Eso, y muchos otros métodos de procesamiento de oxígeno que no son inmediatamente intuitivos, pueden ser perjudiciales, especialmente bajo una presión creciente.
Si estás buceando con oxígeno, puedes usar Oxygen Hacker's Companion de Vance Harlow (los buceadores con nitrox quizás ya tengan este complemento): http://www.airspeedpress.com/newoxyhacker.html
No conozco el libro, es el usuario, no el técnico. De todas formas, gracias por la referencia, ¡pediré un ejemplar en cuanto el formulario esté disponible!
Sí, lo mencionaré. El modo de fallo del aire comprimido de PVC es una explosión por metralla, así que preste mucha atención a estas clasificaciones de presión: a medida que aumenta el diámetro de la tubería, la clasificación de presión disminuirá.
A principios de la década de 1980, trabajé para una empresa de alquiler de equipos médicos que alquilaba y daba servicio a generadores de oxígeno Devilbiss. En aquel entonces, estas unidades tenían el tamaño de un pequeño refrigerador de cerveza. Recuerdo claramente su estructura interna, que consistía en almacenar componentes. Todavía recuerdo que el lecho de tamiz estaba hecho con tubería y tapa de PVC de 10 cm, por lo que la estructura descrita en este proyecto es coherente con la tecnología histórica (aunque obviamente práctica) anterior.
El compresor es de tipo pistón/diafragma de doble oscilación, por lo que no hay aceite en el aire comprimido. La válvula en el cabezal del compresor es una lámina delgada de acero inoxidable.
La clasificación del flujo se realiza mediante un temporizador mecánico; no se requiere Arduino. El temporizador cuenta con un mecanismo de sincronización (motor de engranajes) que acciona un eje con múltiples levas. Un microinterruptor montado en la leva activa una electroválvula, lo que provoca el movimiento del gas.
El mayor enemigo de estas máquinas es la alta humedad. La adsorción de moléculas de agua destruye el lecho de tamiz.
Justo antes de dejar la empresa, comenzamos a adquirir un concentrador de un competidor de Devilbiss (ahora desconozco su nombre), y la empresa ha mostrado un gran progreso. Además del nuevo concentrador, más pequeño y silencioso, también construyeron el lecho de tamizado con tubos de aluminio. El tubo está cubierto con una placa con ranuras mecanizadas para juntas tóricas. Creo recordar el soporte roscado completo que combina los conjuntos. La ventaja de este diseño es que, si es necesario, el lecho se puede separar y el material de tamizado se puede reemplazar. También eliminaron los temporizadores mecánicos y los sustituyeron por dispositivos electrónicos sencillos y relés de estado sólido para activar los solenoides.
Requieren el uso de tuberías SCH40 (presión nominal de 260 psi a 3″) y están claramente equipadas con una válvula de seguridad de 40 psi y un regulador de 20-30 psi antes de que se presurice el PVC, por lo que hay un buen factor de seguridad. No estoy seguro de cómo se expondrá al O2. Cambiar la intensidad.
La presión de rotura de la tubería SCH40 es muchas veces superior a la presión nominal, dependiendo del diámetro. Una tubería de 3 pulgadas soporta aproximadamente 850 psi, y una de 6 pulgadas, aproximadamente 500 psi. Una de 1/2 pulgada soporta cerca de 2000 psi. El doble que la de la tubería SCH80. Por eso los lanzadores de tenis de PVC no explotan: hay demasiados. Ampliarlos a una cámara de combustión de 6 u 8 pulgadas aumentará las probabilidades de éxito. Pero, en general, la comunidad hacker tiende a subestimar seriamente la resistencia de las tuberías de plástico. https://www.pvcfittingsonline.com/resource-center/strength-of-pvc-pipe-with-strength-chart/
Me interesaría limitar la posibilidad de que los aficionados utilicen fuegos artificiales (y posiblemente reducir su pureza). El mercado de aficionados suele comprar cilindros de oxígeno médico en desuso. Esa fue mi primera idea, pero el costo del kit más la lista de materiales superaba con creces el precio de una unidad médica en desuso.
Un motor de automóvil de 2 litros puede consumir 9000 litros/minuto de oxígeno (a alta velocidad), por lo que 15 litros/minuto de oxígeno es aproximadamente 600 veces más corto. Este es un dispositivo genial. Compré varios concentradores reacondicionados de 5 litros por minuto por $300 cada uno (el precio parece estar subiendo). Produce 5 litros/minuto. Se utilizan unos cientos de vatios, por lo que se extrapola que 9000 litros por minuto (solo para fines de entretenimiento) requieren aproximadamente 360 ​​kW (480 hp).
Porque su algoritmo fue escrito por la banda de Berlín. (Calcula uno y obtendrás una estrella dorada).
Echa un vistazo a la página web de la empresa… bueno, las especificaciones en su tienda son un poco vagas, pero te venden 5 libras por 75 dólares. Así que echemos un vistazo a GitHub. No lo hagas. No hay lista de materiales allí.
Tenemos un diseño electromecánico de código abierto que te indica cómo construirlo, en lugar de cómo llenarlo. A esto lo llamo un lugar donde falta información clave. Es como si un personaje levantara las cejas… es fascinante.
OxiKit mencionó en un comentario en uno de sus vídeos (el que enlacé en el artículo, si no recuerdo mal) que se trata de zeolita de sodio.
Como con cualquier otro tamiz molecular, debes indicarle al fabricante para qué lo quieres usar, no para qué sirve. Porque son lo mismo, pero la abertura es diferente.
Los concentradores de oxígeno suelen usar zeolita 13X de 0,4 mm a 0,8 mm o zeolita JLOX 101; esta última es la más cara. Al reconstruir el concentrador de oxígeno que compré en Craigslist, usé zeolita 13X. La luz verde siempre está encendida, por lo que la pureza del oxígeno es de al menos el 94 %.

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

También se pueden usar tamices moleculares 5A (5 angstroms). Creo que son menos selectivos para el nitrógeno, pero aún así se pueden usar.
En Wikipedia hay una buena animación que puede ayudarte a comprender intuitivamente el principio de funcionamiento del dispositivo: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/76/Pressure_swing_adsorption_principle.svg Entrada de aire comprimido A Adsorción O Oxígeno Salida D Desorción E Escape
Cuando una columna de zeolita está casi llena de nitrógeno, todas las válvulas se abren para liberar el nitrógeno adsorbido por la columna.
Muchas gracias por la breve explicación. Siempre me he preguntado si el generador de nitrógeno se puede usar para proyectos de soldadura con nitrógeno caseros. Por lo tanto, el nitrógeno es básicamente el residuo del concentrador de oxígeno: perfecto, lo usaré en mi estación de soldadura sin plomo.
De hecho, para los aficionados, es muy útil poder convertir el aire en oxígeno y nitrógeno prácticamente puros. Me gustaría saber si se puede usar nitrógeno como gas de protección para soldar.
En el caso de la soldadura TIG (también conocida como GTAW), dado que el plasma es muy sensible, no estoy seguro. Se utiliza principalmente argón, a veces con una pequeña cantidad de helio para penetrar en materiales como el aluminio y el titanio. El caudal es de aproximadamente 6 a 8 l/min, lo que podría ser excesivo para un compresor estándar.
Para soldar, las principales marcas de estaciones de soldadura venden gas de protección de nitrógeno para producción conforme a la normativa RoHS, pero el precio del kit oscila entre 1000 y 2000 euros. Su caudal es de aproximadamente 1 l/min, lo cual es muy adecuado para tamices moleculares. ¡Así que reunamos el equipo y hagamos soldadura sin plomo y sin fundente en casa!
Los soldadores desean poder usar nitrógeno puro como gas de protección. Es más económico que el argón o el helio, que es más barato. Desafortunadamente, es suficientemente reactivo a la temperatura que alcanza el arco y tiende a formar nitruros indeseables en la soldadura.
Se utiliza como gas de protección para soldadura, pero incluso una pequeña cantidad puede alterar las características de la soldadura.
Obviamente, es factible utilizarlo en la soldadura láser, pero incluso una fábrica bien equipada puede no disponer de esta función.
Por lo tanto, en teoría, se puede utilizar al menos un PSA para reducir el nitrógeno y luego otro PSA (utilizando otra zeolita) para reducir el oxígeno, dejando una mayor concentración de sustancias que no son ni oxígeno ni nitrógeno.
Cuando tengas razón, en ese momento, te sugiero que condenses el aire y luego lo destiles para separar el gas que deseas o no deseas.
@Foldi-Un punto de inflexión en términos de entrada de energía y salida de gas. Estoy totalmente de acuerdo en que la eficiencia será mucho mayor a mayor escala porque se puede usar la evaporación para el preenfriamiento.
Pero a muy pequeña escala, tendrás 1 compresor, 4 torres de zeolita y un montón de válvulas de presión electrónicas y el coste inicial de un controlador barato (El Cerebro), que creo que será menor.
@irox puede por analogía con certeza, pero nadie que use 2 litros de oxígeno morirá o se deteriorará rápidamente sin recibir oxígeno. A modo de comparación, nuestros pacientes de la UCI que tienen un flujo alto secundario debido a la COVID, reciben 45-55 L cuando la FIO2 es del 60-90 %. Estos son nuestros pacientes "estables". Si no hay un flujo alto, definitivamente se deteriorarán rápidamente, pero no estarán tan graves como para que tengamos que intubarlos. Verá cifras similares o más altas para otros pacientes con SDRA o en la mayoría de las demás situaciones que requieren una cánula nasal más grande que una cánula nasal convencional.
Para mí, su uso es específico. Permite mantener a dos pacientes a una presión de 6-8 L/min, un nivel donde el flujo de oxígeno es superior al de la cánula nasal convencional o la ventilación no invasiva con presión positiva (VNIPP). Considero que es muy eficaz para hospitales pequeños con suministro limitado de oxígeno y puede brindar atención médica a pacientes con enfermedades crónicas en situaciones de emergencia a corto plazo.
¿El paciente consume 6 litros (o 45-55 litros) de oxígeno por minuto, o se pierde parcialmente, se exhala al ambiente o algo así?
Mi formación/experiencia se limita a un sistema de soporte vital básico para personas sanas (con eliminación de dióxido de carbono y adición de aproximadamente 2 litros de dióxido de carbono por persona por minuto), ¡así que, gracias a la cantidad de usos médicos, esto me ha abierto los ojos!
Es importante recordar que están tomando oxígeno, ya que sus pulmones se comprimen mucho al recibirlo. Por lo tanto, comparado con las necesidades teóricas del cuerpo humano, el costo es muy alto, porque en realidad muy poca gente ingresa.
No sé si la persona que habló fue quien lo diseñó, pero esto no coincide con su descripción. Los tamices moleculares y las zeolitas no atrapan N2, sino O2. Para capturar N2, se necesita un absorbedor de nitrógeno, que es algo completamente distinto. El tamiz atrapa el O2 bajo presión mientras el nitrógeno continúa pasando. Esto debe ser correcto, porque cuando se libera la presión y se usa para descargar el N2 en otra columna, no tiene sentido intentar eliminar el N2 con N2. Estas son unidades de adsorción por cambio de presión (PSA), que funcionan atrapando O2. Mayor presión y cilindros más grandes pueden aumentar la eficiencia (4 cilindros tienen una eficiencia de hasta el 85%). Esto sí condensa O2, pero no funciona como él dice (o como dice el artículo).
Debe proporcionar la fuente de información solicitada, ya que es totalmente posible adsorber N2 en tamices moleculares de zeolita 13X y 5A. http://www.phys.ufl.edu/REU/2008/reports/magee.pdf
El artículo de Wikipedia sobre la adsorción por oscilación de presión (PSA) también confirma que la zeolita absorbe nitrógeno. https://en.wikipedia.org/wiki/Pressure_swing_adsorption#Process
Sin embargo, es mucho más económico que una unidad comercial. Dado que la lista de materiales supera los 1000 dólares, me resulta difícil respaldar esta afirmación. La lista de materiales para concentradores comerciales domésticos (no portátiles) cuesta casi un tercio, es fácil de conseguir y no requiere mano de obra. Sé que 17 LPM es impresionante, pero nadie fuera del hospital solicitará tal cantidad de tráfico. Cualquiera que haga tal solicitud está a punto de ser dado de alta o intubado.
Sí, es un proyecto interesante, pero su rentabilidad es mínima hasta cierto punto. En Australia, el nuevo equipo de 10 l/min cuesta solo unos 1500 AUD. Si suponemos que 1000 AUD equivalen a dólares estadounidenses, esto reduce el costo de adquirir el nuevo equipo.
Antes de la pandemia, compré uno en eBay por unas 160 libras, con un caudal de 1,5 litros por minuto y una vida útil del 98%. ¡Y este es mucho más silencioso que este! Así, uno puede dormirse plácidamente.
Dicho esto, se trata de un esfuerzo enorme. Colócalo en la habitación contigua a la tubería larga para evitar ruidos y riesgos de explosión…
Quiero saber si es posible utilizarlo como fuente de nitrógeno casi puro, en entornos de protección o incluso en soldadura.
¿Qué tal neumáticos inflados con nitrógeno? Teniendo en cuenta las tarifas que cobran por este servicio, el nitrógeno debe ser muy caro…
El siguiente paso podría ser interesante: obtener la salida de este concentrador y separar una mezcla de 95 % O₂ + 5 % Ar. Esto se puede lograr mediante separación cinética utilizando el tamiz molecular CMS en el sistema PSA. Luego, se instala una bomba de 150 bares para llenar el cilindro de argón.
Ahora, solo necesitamos que alguien realice el proceso Linde en casa para divertirnos de verdad.
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