Исследование электроактиватора воды для улучшения его энергетических характеристик

Активированные растворы воды нашли очень широкое применение во всех сферах деятельности человека ввиду своих уникальных свойств. Это растениеводство, животноводство, птицеводство, пчеловодство, медицина строительство, хозяйственно-бытовые нужды и др. Исследования по применению активированной воды очень интенсивно проводятся как в Узбекистане, так и за рубежом. Развитые страны, испытавшие уже в полной мере, как достоинства, так и побочные действия химических лекарственных средств, напряженно ищут новые экологически чистые технологии, не вызывающие аллергических осложнений и резистентности (невосприимчивости), не имеющие побочных действий. Сущность электрохимической активации состоит в том, что разбавленные растворы минеральных солей (к ним относится и обычная питьевая вода) в результате анодной или катодной (униполярной) обработки в диафрагменном проточном электроактиваторе переходит в метастабильное (активированное) состояние, характеризующееся аномальной физико химической активностью. Полученные растворы (католит или анолит) применяют вместо традиционно используемых растворов специальных химических реагентов. Католит, имея выраженную щелочную реакцию и Rh, равный –800 мВ, обладает восстановительными свойствами и при взаимодействии с биологическими молекулами выступает в качестве донора электронов. Анолит, имея кислую реакцию и Rh, равный +300 мВ, проявляет окислительные свойства. При обработке тканей анолитом электрический потенциал на их внешней стороне возрастает, а при обработке католитом или смесью католита и анолита снижается. Анолит при контакте с клеточной мембраной порождает протон-движущую силу (ПДС), направленную внутрь клеток, а католит и смесь католита и анолита– противоположного направления. Предлагаемая установка для электроактивации воды представляет собой устройство полустационарного типа, работающее в постоянном режиме и обслуживаемое одним оператором. Поток воды попадая в полость приобретает змеевидную направленность, благодаря особой конструкции. Из анализа литературных источников по видам конструкции электроактиватора, можно заключить, что они представляют собой в первую очередь проточный нагреватель жидкости. Все основные расчеты по активатору можно вести на основе расчета проточного нагревателя. Энергия, затраченная из электрической сети, уходит на нагрев воды с одновременной диссоциацией молекул. В результате увеличивается температура жидкости на выходе активатора и изменяется уровень водородного показателя (отдельно в каждой камере активатора). В связи с этим электроактиватор представим в виде проточного электроводонагревателя межэлектродное пространство которого разделено диафрагмой. Схема замещения электроактиватора представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Электрическая схема замещения электроактиватора

С учетом такой схемы замещения проводить анализ электроактиватора будет удобнее, анализируя каждую камеру и диафрагму в отдельности. Из литературы по расчету водонагревателя [2] известно:

P =

Q ⋅ ρ _ж ⋅ c ⋅ ( t _ох - t _бош )

η _н

где Q - производительность активатора, м³/с; ρ - плотность жидкости, кг/м³; C - удельная теплоемкость воды, 4,19 кДж/кг·°С; к t , н t -температура соответственно в конце и начале нагрева, °С; η н - кпд активатора по нагреву, принимается в пределе 0,9-0,98. Разница температур t_K , t_H это фактически является превышением температуры конечной над начальной. Исходя из этого, можно рассчитать мощность, необходимую для нагрева воды до определенной температуры в каждой камере активатора в ходе его работы. Рассчитаем мощность необходимую для нагрева воды в анодной камере до 70°С ступенчато увеличивая разность температур от 10ºС до 70°С с шагом в 10ºС. Расчет мощности проведем     при     производительности     анодной     камеры

Q = 8,0 л / с = 0.22 ^{- 5} м ³/ с .

Мощность необходимая для нагрева воды на 10°С:

_{P =} 0.22 ^{- 5} ⋅ 10³ ⋅ 4,19 ⋅ 10³(10 - 0) _{=100 Вт} 0,9

Аналогично рассчитаем мощность для других диапазонов температур, и полученные результаты сведем в таблицу 1. С возрастанием температуры увеличивается степень диссоциации молекул солей на ионы и их подвижность, вследствие чего проводимость повышается, а сопротивление снижается. Сопротивление воды можно определить по формуле:

l

R = ρ t ⋅    ,    (2)

S где L - расстояние от диафрагмы до электрода в камере м; S -площадь сечения канала протекания жидкости м2 , ρt - удельное сопротивление воды Ом*м.

ρ = 1 =    ρ20    , (3) где y - проводимость воды температуре t y 1+α(t-20)               t воды отличной от 20°С; ρ - сопротивление воды при 20°С; α- температурный коэффициент проводимости, равный 0,025 - 0,035 oC -1 . Если принять α=0,025 oC -1 , то удельное сопротивление воды определим

_ 40 • P 20

по формуле:     Pt = f + 20 ,(4)

Подставив (4) в (2) получим окончательное выражение для о   40 • Po определения сопротивления воды:  Rc =--- 0 • —(5)

c   t + 20

Рассчитаем сопротивление воды при температуре 10ºС:

_ 40-1600

= 35.43 Om

c ⁽¹⁰⁾ = 10 + 20 • 36.1

Аналогично рассчитаем сопротивление воды для других диапазонов температур, и полученные результаты сведем в таблицу 1.

Таблица 1 – Зависимость сопротивления воды от подаваемой мощности и изменения температуры в анодной камере

Д Т , 0 С	10	20	30	40	50	60	70
Р, Вт	100	200	310	410	510	620	720
R в , Ом	35,43	26,5	21,2	17,7	15,19	13,3	11,8

Сопротивление диафрагмы определим из формулы:

r n     l g    — ^{40 - p} 20     l g

R d    ^p g   a          I       C       (6)

s • a t + 20 s • ac где Pg - удельное сопротивление диафрагмы l - толщина диафрагмы

С–активная площадь диафрагмы ад - коэффициент уменьшения естественной площади для жидкости в диафрагме.

Рассчитаем сопротивление диафрагмы при изменении температуры на 10°С.

„   40 - 1600     0.2

R_r> =---= 17,7

д 10 + 20  36,1 - 0.666

Аналогично рассчитаем сопротивление диафрагмы для других диап азонов т емператур и полученные данные сведем в таблицу 2.

д т , 0С	10	20	30	40	50	60	70
Р д , Ом	17,7	13,44	10,74	8,9	7,67	6,71	5,97

Построим графики зависимости сопротивления воды от подаваемой мощности и изменения температуры согласно полученным расчетным данным.

Рисунок 2 – График зависимости сопротивления воды в анодной камере от мощности подаваемой на активатор

Рисунок 3 – График зависимости сопротивления воды в анодной камере от температуры

В статье приводится результаты расчета и экспериментальных данных изучения зависимости сопротивления диафрагмы и воды от подаваемой мощности и изменения температуры.