Ciência no Camping - Gerador de Água Portátil

Quem já teve que subir um pico carregando garrafas de água sabe que apenas 2kg fazem uma boa diferença. Exisitiriam alternativas?

Alguem já ouviu a piada da água em pó? Basta misturar com um pouco de água e está pronta. Em pó talves não, mas quem sabe um gás? A água é feita hidrogênio e Oxigênio, se carregássemos apenas o H2 e o misturássemos com o O2 na hora de beber?

O peso molecular da agua é 18g/mol, sendo 16g/mol do O2 e apenas 2g/mol do H2! Ou seja, em principio, carregar apenas o H2 seria mais leve que levar todo o H2O, uma vez que temos todo o O2 necessário na atmosfera. Vamos então estudar a viabilidade disso, uma vez que carregar apenas o H2 não é tão simples como parece.

Para gerar a água é muito simples:

H2 + 1/2 O2 -> H2O + Energia.

A reação é de síntese, por isso é exotermica. O que temos que fazer é queimar o H2 e resfriar o vapor.

Vamos estabelecer alguns parâmetros:

• Volume do cilindro para carregar o H2: 1L . No máximo 2L( volume razoável para suprimento de água)
• Pressão máxima suportada pelo cilindro: 250atm ( pressão de um cilindro de GNV e cilindros de H2 comerciais)
• Temperatura ambiente: Entre 0 oC e 27 oC ( 273K a 300K)
• Peso estimado do cilindro de H2: 870g. Um cilindro de GNV de 9,5m^3 de gás, tem 33kg e 38 litros de volume interno. Basta fazer uma regra de 3.

Com isso, para ser vantajoso do ponto de vista do peso, todo o H2 do cilindro deve produzir mais de 870g de água, ou 0,87 L. Note que este é o pior caso.

Para achar o quanto de H2O podemos produzir, vamos calcular quantos moles de H2 cabem no cilindro, nas condições acima com a equação:

PV=nRT

P - Pressão do gás
V - Volume ocupado
n - Número de moles
T - Temperatura em Kelvin
R - Constante dos gáses: 8,315 J/gmol.K

n= PV/(RT) = (2,5E7 x 1,0E-3)/(8,315 x 300) =10 moles de H2

Para termos um mol de H2O precisamos de 1 mol de H2, por isso, conseguiremos 10 moles de H2O.

Assim:

• 1 mol de água pesa 18g
• 10 moles apenas 180g :-(
• 10 moles de H2(g) pesam 20g
• O peso do cilindro é 870g
• Uma garrafa PET pesa uns 50g

Ou seja, carregaríamos um peso de 890g para ter apenas 180g de água ... É mais vantajoso carregar aguá líquida, mesmo levando-se em conta o peso da PET.

Note no entanto, que isso se deve ao fato de o cilindro pesar muito, pois precisa ser resistente para aguentar a pressão necessária. Também consideramos que é possível coletar toda a água produzida. Não levamos em conta todo o equipamento necessário para reduzir a pressão, válvulas, ambiente para queima do H2 e coleta da água.

Uma vantagem seria que produzimos calor, que poderia ter outras aplicações. Teríamos aproximadamente 286kJ.

A água produzida certamente seria amarga, parecida com agua destilada, porque não tem todos os sais que a água mineral contém. Seria necessário misturar sais escolhidos, em pequeníssimas quantidades, para dar sabor à água. Felizmente, eles não agregaria muito no peso total.


Conclusões:
Com a tecnoligia de armazenamento do H2 atual não é vantajogo utilizar o gerador de água portátil. No futuro, com a utilização de Hidretos, ou cilindros super leves para altíssimas pressões, o gerador de água pode ser viável. Por exemplo, se conseguíssemos uma pressão 10 vezes maior, poderíamos gerar 1,8L de água com apenas 1L de volume e 910g!

Possívelmente com cilindros mais leves e resistentes, trabalhando mais no limite de pressão, com ligas metálicas especiais, possamos conseguir algo viável.