Spanning Meten Uit Water Met Verschillend Zoutgehalte

Blue Energy is een energievorm die wordt opgewekt uit water met verschillend zoutgehalte. In deze opstelling gaan we de natrium en de chloride ionen scheiden. De opstelling wordt gevormd door 3 watermassa's, die gescheiden zijn door ionwisselende membranen. De middelste watermassa bevat NaCl moleculen, en de buitenste twee niet. De membranen laten alleen de natriumionen of de clorideione door, en niet de watermoleculen. Hierdoor worden de negatief geladen chlorideionen en de positief geladen natriumionen van elkaar gescheiden in verschillende compartimenten. Tussen de buitenste twee compartimenten kan nu de spanning worden gemeten met behulp van de arduino. Met deze instructable kan onze installatie stap voor stap worden nagemaakt.

Materiaal:

• Kit
• Moer en bout x 8
• Schroeven x 20
• Anion wisselend membraan 1x
• Kation wisselend membraan 1x
• Betonplex hout
  • 6x: 16x12x1.5 cm
  • 2x: 22x12x1.5 cm
  • 1x: 22x19x1.5 cm
• 2 componenten Z-poxy lijm
• NatriumChloride
• Demiwater
• potlood
• 2 spijkers

Gereedschap:

• Boor
• Zaag
• liniaal
• moersleutel

Elektronica

• powerbank
• arduino
• usb-c to micro-usb kabel
• 2 draadjes
• een router

De eerste stap is om de membranen in de frames te zetten. Daarvoor moeten eerst de frames gemaakt worden.

Frames

• De frames worden uit platen gezaagd die 16 cm breed, 12 cm hoog en 1,5 cm dik zijn.
• Hier worden vervolgens vierkanten uitgezaagd waardoor er een U-vorming profiel overblijft. Alle zijden van dit profiel zijn 3cm breed.
• In totaal moeten er 4 frames komen.

Membranen

• Vervolgens moeten de membranen de juiste afmetingen krijgen. Dit zijn exact de afmetingen van de U-profielen zodat de membranen er precies tussen geplaatst kunnen worden.
• In totaal moeten er 2 membranen komen.

Bevestiging

• Nu moeten de membranen tussen de frames geplaatst worden. De membranen worden met bouten tussen de frames bevestigd worden. Hiervoor moeten gaten voorgeboord worden, een in elke hoek van het U-profiel.
• Draai nu de bouten in de voorgeboorde gaten, en zet ze vast met de moeren.

Bewerking bouten en moeren

• Om te zorgen dat het ijzer van de bouten en moeren niet gaan geleiden moeten deze afgeschermd worden tegen het aangrenzende water. Hiervoor moeten ze volledig bedekt worden met de 2 componenten lijm.

Waterdicht maken van membraankieren

• Ondanks dat de membranen strak tussen de 2 frames bevestigd zijn, er zal altijd een kleine ruimte blijven waar water doorheen kan. Om dit weg te nemen moeten de randen waar het membraan het hout in steekt gekit worden. In de derde foto in deze stap is te zien hoe dit is gedaan .

Nu de frames zijn gemaakt kan de bak in elkaar worden gezet. Het is belangrijk dat hiervoor betonplex wordt gebruikt. Dit hout zelf is waterdicht, waardoor alleen nog de kieren waterdicht gemaakt hoeven te worden. Hierover later meer.

Voor het frame is nodig:

• 2 zijplaten korte kant: 16 x 12 x 1.5 cm
  • niet voorgeboord
• 2 zijplaten lange kant: 22 x 12 x 1.5 cm
  • 4 gaten voorgeboord, aan beide uiterste 2 zodat deze bevestigd kunnen worden op de korte zijplaten
• 1 onderplaat: 22 x 19 x 1.5
  • 8 gaten voorgeboord, aan alle zijden 2, zodat de zijplaten erbovenop bevestigd kunnen worden.
• Het is belangrijk dat deze frames voorgeboord worden, zodat later de schroeven bevestigd kunnen worden. Op de afbeelding is te zien waar deze schroeven moeten komen
• De frames moeten waterdicht worden gemaakt. Gebruik hiervoor de kit. Plaatst deze op de rand waar het membraan tussen het hout zit, zodat er geen water meer langs kan.
• Ook moeten de schroeven waterdicht gemaakt worden. Gebruik hiervoor de z-poxy lijm. Bevestig de lijm rondom de moeren en bouten, zodat er geen water tussen de kieren kan sijpelen.

Nu het bevestigen van het eerste deel van de bekisting.

• De eerste stap is het bevestigen van een lange zijplaat op de onderkant. Gebruik hiervoor 2 schroeven in de voorgeboorde gaten.
• Nu moeten de hiervoor gemaakte frames bevestigd worden. Zet deze beide op 1/3e van de grondplaat, zodat er drie evengrote compartimenten ontstaan. Bevestig deze met de schroeven aan de eerdergeplaatste lange zijplaat.
• Ook de bekisting moet waterdicht gemaakt worden. Omdat de membranen dicht bij elkaar staan is de ruimte klein en moeilijk te bereiken met de kitspuit. Plaats daarom tijdens het in elkaar zetten van de bekisting alvast kit op de plaatsen waar dat kan die zo meteen moeilijk te bereiken zijn.
• Bevestig nu op dezelfde manier de 2 zijplaten aan de lange zijplaat en onderplaat.
• Als al deze platen staan kan de laatste lange zijplaat bevestigd worden. Het is belangrijk om deze als laatste te plaatsen, zodat deze strak tegen de zijkanten bevestigd kan worden.

Nu moeten de overige voegen van de kist waterdicht gemaakt worden.

• Plaats de kit langs alle voegen aan de binnenkant van de bak die nog niet bewerkt zijn. Hierdoor kan het water niet van het ene compartiment naar het andere, behalve via het membraan.
• Het is belangrijk om de bak echt waterdicht te maken, zodat het voor de Na en Cl ionen de enige mogelijkheid is om door het membraan heen te bewegen naar het andere compartiment. Hierdoor is de spanning die wordt gemeten optimaal voor het specifieke gebruikte zoutgehalte.

Eerst kun je je elektronica en code controleren door de bovenste schakeling te maken en het voltage op A0 uit te lezen. Als dit werkt zoals je verwacht (er wordt 3V3 gemeten) kun je de 3V3 en GND draadjes vervangen voor de draadjes met electrode eraan. Als je de electrodes nu in de natrium en chloride oplossing hangt zou je de spanning in het systeem moeten meten. Als je niks ziet heb je misschien de anode en de kathode omgedraaid. Als je zeker weet dat die goed om zitten kun je de schakeling in het derde plaatje proberen. Op die manier hoeft er minder stroom te gaan lopen om de spanning te meten."

Hiervoor moet de website Particle.io worden opgezocht. Zorg dat je photon met de wifi wordt verbonden en dat de Blink an LED wordt getest. Ga hierna naar het kopje Web/IDE en gebruik de bovenstaande code om de spanning te testen. Ga daarna naar de IFTTT website en link je particle aan je google sheets, waardoor de resultaten automatisch worden geupload naar je google account.