|
Zelfbouw
van een houtvergasser
voor mobiele toepassingen
Disclaimer
De informatie op
deze website is met de grootst mogelijke
zorgvuldigheid samengesteld. De schrijver wijst aansprakelijkheid voor
eventuele onvolkomenheden, onjuistheden en gevolgen af. Bovendien kan
hij niet aansprakelijk gesteld worden voor schade, verlies, letsel of
dood, veroorzaakt door zelfbouwers of producenten, die gebruik gemaakt
hebben van informatie van deze website.
Inleiding
Of beter: ontmoediging. Ik heb het al eerder geschreven: een
fatsoenlijke houtgasgenerator ontwerpen en samenstellen is meer werk
dan het bouwen van een huis. Misschien niet in absolute zin, maar de
benodigde materialen zijn niet even bij de bouwmarkt te verkrijgen.
Veel delen zal men zelf aan moeten maken of uitbesteden aan een
machinefabriek. Dit vergt de nodige vaardigheden, maar tevens een goed
gevulde portemonnee.
Daarbij komt dat bouwen zonder gedegen voorbereiding, in de vorm van
het bestuderen van veelal Engelstalige vakliteratuur, meestal gedoemd
is te mislukken.
De grootste vijand van een houtgasser zijn luchtlekken. Dus netjes
werken is een vereiste. Samengevat heeft u nodig: veel geduld en tijd
(honderden uren), enig wiskundig inzicht, de vaardigheid om met metaal
en voertuigen te werken, kennis van de Engelse taal en geld. Denk
daarbij niet aan honderden, maar aan duizenden euro’s. Bedenk
ook dat de vergasser zelf in slechts 10 % van de totale tijd te bouwen
is. Het is het geheel, dat de nek breekt. Geduld en
doorzettingsvermogen zijn de belangrijkste kwaliteiten van een
houtgasser.
Natuurlijk is het mogelijk een Stratified te bouwen of een Imbert van
oliedrums en een autovelg. Maar de levensduur van de unit zal beperkt
zijn tot enkele honderden kilometers. De levensduur van de motor idem.
En de frustratie groter dan de geïnvesteerde tijd. Niet doen
dus. Ik heb expres de FEMA plannen van een stratified niet opgenomen in
de link sectie. Oliedrums zijn voor olieopslag en velgen om mee te
rijden.
Het is zeer eenvoudig om houtgas te maken. Het is ontzettend moeilijk
om schoon
houtgas te maken.
Goed, u heeft zich niet laten ontmoedigen. Een mooie installatie
gebouwd. Hooggespannen verwachtingen. Houd er rekening mee dat een
houtgas aangedreven auto niet de keien uit de straat trekt. Menig 2 CV
lelijke eend geeft u het nakijken. Houtvergassing is grillig: de ene
keer functioneert alles beter dan de andere keer, zonder dat er een
verklaring voor te geven is. Stadsverkeer en file rijden kunnen leiden
tot genante situaties. Zorg altijd dat binnen seconden, vanuit de
bestuurdersstoel omgeschakeld kan worden naar benzinebedrijf.
Nog steeds vol goede moed? Lees dan verder.
Autohout
Het lijkt onbelangrijk, maar een geregelde aanvoer van hout is ook een
vereiste. Het is verleidelijk om het geheel handmatig aan te maken,
maar de volumes die erdoor gaan zullen u geen tijd meer laten om nog te
gaan werken. Dus: of laten leveren ( http://www.devobo.nl
) of zelf
machinaal aanmaken
( http://www.ekoautoilijat.fi/tekstit/kuvatekstit/Pilketehdas1.htm
).
Laat u niet verleiden door houtsnippers, afkomstig van snoeihout.
Hoewel er een enkele succesvolle vergasser op snippers rondrijdt,
blijft het een zorgenkindje. Zo moeten de fijne deeltjes er uitgezeefd
worden. Verder laat de compacte massa zich moeilijk drogen.
Haardblokken zijn te groot. Bij autohout moet u denken aan de grootte
van een lucifersdoosje tot pakje sigaretten. Houtsoort maakt niet veel
uit, maar beuken heeft meer energie-inhoud dan dennen, zodat de
actieradius groter is. De hars is geen probleem voor een goed
gedimensioneerde vergasser.
Het hout dat ik gebruik is aangemaakt door een Laimet hakselaar. Deze
snijdt het hout in uniforme stukjes, zonder rafelige randen en fijne
delen.
Zelf aanmaken kan op de bovenstaande Finse manier. Met een grote
wipzaag is het ook mogelijk plakken hout te zagen, die daarna met een
handbijltje snel in stukken gehakt kunnen worden. Arbeidsintensief,
maar de hoogste energie dichtheid. Droog opslaan in een luchtig hok of
in kratten. Het best direct in luchtende zakken.
Als de generator voorzien is van een zogenaamde monorator, dat kan
relatief nat hout vergast worden. De monorator condenseert het vocht
uit het hout en voert het af naar een opslagtank.
Groen hout kan niet vergast worden, daar de nog levende celstructuur
het eigen water slecht afgeeft. Hout dat droog is geweest, maar nat is
van een buitje, kan wel in een monorator.
Hout meevoeren in de auto is het gemakkelijkst in zakken. Papieren
zakken gaan niet zo lang mee, maar ademen. Plastic is een alternatief,
maar lucht het hout niet. Jute ademt ook slecht en netzakken zijn
lastig te vullen en lossen en je wilt ze niet op de achterbank hebben.
Voorbereiding
Studie. Met name zelfstudie, want een opleiding is er niet. Er zijn
Engelstalige forums, maar het is moeilijk om gerichte informatie te
vinden. Bovendien maakt het grote aantal knoeiers het overzicht gering
en is de desinformatie groot. Er zijn een aantal boeken te downloaden
van het internet. Deze zijn een uitstekende basis om kennis op te doen.
Even doorlezen is er niet bij. Ik heb ze vijfmaal bestudeerd voordat de
puzzeltjes samenvielen. Ze staan bovenaan in de link sectie.
Welk type vergasser wilt u bouwen? Zo simpel mogelijk, zonder
uitgebreide voorverwarming van primaire lucht, met eenvoudige
gaswassing en met behulp van bestaande delen? Kan. Verwacht geen hoge
snelheid of lange levensduur, maar het kan. Of meteen een
“state of the art” RVS vergasser? Kan ook, maar
bedenk wel of u op alle eerdergenoemde kwaliteiten een volmondig
“ja” kunt zeggen.
Als u zich volgezogen heeft met kennis en weet wat het doel wordt, dan
dient u zich eerst een voertuig aan te schaffen. Een sterke auto, die
het gewicht kan dragen. Voldoende ruimte onder de motorkap voor
toebehoren. Een mechanisch verstelbare ontsteking, tenzij u het
motormanagement kunt hacken en de software opnieuw kunt schrijven. Een
motor met veel inhoud, laag toerental en voldoende reserve om met 60%
van het vermogen bij 3000 o/min (!) nog uit de voeten te kunnen.
Kleine auto’s met kleine motoren vallen af. De complete
vergasserunit voor een 1200 cc viercilinder is niet vijfmaal zo klein
als die voor een 5,7 liter V-8. Eerder half zo klein. Dat kan dat
autootje niet dragen. Bovendien had de kleine motor het grootste deel
van het vermogen al nodig om mee te kunnen in het verkeer.
Turbomotoren vallen af. Het klinkt verleidelijk om een turbo te
gebruiken. De turbo is echter tussen de gas/luchtmixer en het
spruitstuk geplaatst om mengsel te verpompen. Bij het gas loslaten
treedt een sterk vacuüm op in de turbo. De keerringen van de
turbo kunnen hier niet tegen. Een motor met een compressor of
supercharger kan prima. Levert bijna geen vermogen in; uiteraard wel
toeren.
De moderne voertuigen voldoen vaak slechts gedeeltelijk aan de eisen.
Auto’s uit de jaren ’70 en ’80 zijn meer
geschikt. Ideaal is een Amerikaanse pick-up. Een grote Europese
middenklasser kan ook. Een aanhangertje verbetert de gewichtsverdeling,
maar is lastiger rijden. Keuzes, keuzes…….
Wellicht werkt u bij of heeft u toegang tot een machinefabriek. Dat is
de ideale plek om te starten. Een eigen werkplaats is altijd nodig.
Draaibank, kolomboor, zaag/slijpmateriaal en een lasapparaat is het
minimum.
Calculaties
Dit is een uitermate taaie en soms raadselachtige paragraaf. Maar
tevens de basis van een Imbert houtgasgenerator. Belangrijk dus. Ik
geef geen verklaring hoe de formules tot stand gekomen zijn. Daarvoor
kunt u het best de literatuur bestuderen. Dit is slechts een
samenvatting.
We beginnen met de allerbelangrijkste formule, die desondanks moeilijk
in de literatuur te vinden is: de berekening van de hoeveelheid
benodigd gas. De afmetingen van alle belangrijke componenten van de
gehele unit zijn hierop gebaseerd. Dit is hem:
G = V x n x 0,5
x 0,48 x 0,72 [l/s]
60
G is de hoeveelheid gevraagd koud gas per seconde
V is de motorinhoud in liters
n is het toerental per minuut
0,5 is de viertaktfactor
0,48 is de mengverhouding van gas in verhouding met het gasluchtmengsel
(1 : 1,1)
0,72 is de vullingsgraad van de motor (aanname)
60 voor de omzetting naar seconden
Voorbeeld G = 2,32
x 2750 x 0,5 x 0,48 x 0,72 = 18,4 [liter koud gas
per seconde]
60
Die hoeveelheid zuigt de motor per seconde uit de generator. Dit zijn
de getallen die ik gebruikt heb voor m’n Volvo. 2320cc en
2750 o/min. Iets onder het maximum van 3000. Het is beter de generator
te krap dan te royaal te bemeten. Een generator die meestal onder
z’n nominale vermogen draait, kan teer produceren. Zeker in
stadsverkeer en tijdens filerijden.
De volgende berekening is de vaststelling van de diameter van de
restrictie. We gaan daarbij uit van een imaginaire
gassnelheid door de
restrictie van 2,5 [m/s]. Ik voorzie nu glazige blikken, maar deze
waarde komt u ook in de literatuur tegen, studeren dus!
d = vierkantswortel uit (4/pi x G/Vi)
d is de restrictiediameter
pi is 3,142
G is hoeveelheid koud gas per seconde
Vi is de imaginaire gassnelheid; 2,5 [m/s] = 25 [dm/s] voor een Imbert
Voorbeeld d = vierkantswortel uit ((4/3,142) x (18,4/25)) = 0,97 [dm] =
97 [mm]
Deze belangrijke maat, die van de restrictie, bepaalt de overige maten
van het inwendige van de generator. Deze maten zijn te
berekenen, maar
dat voert hier te ver. Hangt namelijk geheel af van het soort Imbert
dat u wilt bouwen. Ik verwijs daarom naar de tabellen in de literatuur.
Met de restrictiediameter bij de hand zijn de overige maten af te lezen
of af te schalen.
Voor een eenvoudige Imbert met V-hearth is een tabel in het
“Handbook of biomass downdraft gasifier systems” te
vinden. Uitgebreidere tabellen voor vergassers met primaire
luchtvoorverwarming staan in FAO 72. En zoals de oplettende student
vaststelt, is de literatuur niet altijd eenduidig. Dat is geen ramp,
zeker niet als u zorgt dat de nozzles en restricties uitwisselbaar
zijn. Nozzles in lengte verstelbaar en restrictie middels vulringen in
hoogte verstelbaar.
Buisdiameters
zijn afhankelijk van de gashoeveelheid, maar ook van de
temperatuur. Bovendien willen we op de meeste plaatsen een laminaire
stroming (<5 m/s), maar op enkele plaatsen een turbulente
stroming (>6 m/s). Een wilde turbulente stroming verhoogt helaas
het vacuüm in het systeem, verlaagt de vullingsgraad en
daarmee het vermogen.
Om de buisdiameter vast te stellen, rekenen we eerst de gasflow in
liters per seconde uit. “Die hadden we toch al?!”,
zult u opmerken. Inderdaad, de hoeveelheid koud gas. Maar aangezien het
gas warm is, zet het uit en neemt de flow toe. We herrekenen deze flow
met behulp van omrekening in Kelvin. 0 graden Celsius is 273
Kelvin. 350 graden Celsius is 273 + 350 = 623 Kelvin. 18,4 [l/s] bij
350 graden wordt:
(623/273) x 18,4 = 42,0 [l/s]
Kijk, dat vraagt toch om een dikkere buis! Die 350 graden is de
temperatuur van het gas dat uit de generator van de Volvo komt. Omdat
het gas inwendig veel warmte afgegeven heeft aan de primaire lucht door
effectieve, dubbele warmtewisselaars, is deze temperatuur vrij laag.
Zonder warmtewisseling zou de temperatuur 600 à 700 graden
bedragen. Goed opletten dus, welke soort Imbert u gaat gebruiken.
We willen in deze buis na de generator een turbulente stroming hebben,
zodat zich geen stof afzet aan de wanden. Neem 10 [m/s] =100 [dm/s]
Doorsnede pijp D = gasflow/gassnelheid = 42,0/100 = 0,42 [dm2]
= 4200 [mm2]
Diameter pijp d = vierkantswortel uit((4 x 4200)/pi) = 73 [mm]
76,1 x 1,5 [mm] is een bestaande maat buis en past prima.
Na de filtering willen we laminaire stroming door de buizen, want dat
scheelt erg veel weerstand ten opzichte van turbulente stroming. Reken
dus met maximaal 5 [m/s]. In de praktijk neem je overal dezelfde buis
voor; in mijn geval dus 76,1 x 1,5 mm. Dat kan, omdat stroomafwaarts
het gas in temperatuur afneemt, “krimpt” en
daardoor vanzelf een lagere snelheid krijgt. Maar beter te royaal
bemeten, dan te krap.
In het “Handbook of biomass downdraft gasifier
systems” is een hoofdstuk gewijd aan de cycloon. Ook de
site
van Bill Pentz is zeer leerzaam. Houd er rekening mee dat een slanke
cycloon ook een groot deel van het fijne stof verwijdert. Een te royaal
bemeten cycloon heeft misschien minder weerstand, maar verwijdert
alleen de grovere delen. Neem een intredesnelheid in de cycloon van 25
tot 30 meter per seconde, rekening houdend met de temperatuur van het
gas. Berekening van de intrede doorsnede is hetzelfde als voorheen bij
de buisdiameters. De overige maten berekenen of afschalen met behulp
van de literatuur.
Voor het glasfiber
filteroppervlak is een richtlijn:
Af = 1,5 x V [m2]
Af is filterdoekoppervlak in [m2]
V motorinhoud in [liter]
Voor de Volvo:
Af = 1,5 x 2,32 = 3,5 [m2]
Ik moet toegeven dat het iets minder is geworden: 2,8 [m2].
Ook voor het totale
koeloppervlak is een richtlijn. Met totaal
koeloppervlak bedoel ik alle oppervlakken die met de buitenlucht in
contact staan, dus ook de buizen. De filterton is geïsoleerd,
dus die telt niet mee. Uiteraard wel de koeler zelf. De richtlijn is:
Ak = V x n x 1,25 [m2]
Ak is koeleroppervlak in [m2]
V is motorinhoud in [liters]
n is toerental in [duizenden o/min]
Voor de Volvo:
Ak = 2,32 x 2,75 x 1,25 = 8,0 [m2]
In de praktijk lastig te verwezenlijken. Ik heb daarom gekozen voor een
cycloon, een apparaat dat niet alleen filtert, maar door de zeer hoge
gassnelheden èn de daar heersende hoge gastemperaturen
buitengewoon goed koelt met een relatief gering oppervlak.
Daarbij is de gasbuis, komend uit de filterton, geribd, zodat deze de
gassen van circa 100 graden C over een lengte van 70 cm terugbrengt
naar 40 graden C. Onder het dauwpunt. Het water condenseert al in de
buis ter hoogte van de kofferruimte. Bijkomend voordeel is dat
eventuele mineraalafzettingen nu mee gespoeld worden naar de koeler.
De koeler zelf kan het best gemaakt uit dunwandige buis met een
diameter van 15 tot 25 mm. Gas gaat altijd omhoog door de koeler. Of
omhoog door tweederde van het aantal buizen en omlaag door een derde
van het aantal buizen. Omhoog vanwege het eerder genoemde spoeleffect
van condens. De condens kan bijvoorbeeld pas halverwege de buizen
ontstaan. Naar beneden stromend, reinigt het de buizen, ook de droge
onderkant. De reden van tweederde omhoog en een derde omlaag heeft te
maken met het warmere gas dat omhoog gaat (meer volume) ten opzichte
van al kouder gas dat omlaag gaat. Een licht turbulente stroming
garandeert de beste warmte-uitwisseling.
Tips en trucs
vanuit de praktijk
Denk eerst goed na over de plaats van de vergasser. Alles achterop de
bumper gaat niet in verband met de gewichtsverdeling. De koeler kan het
best naar voor gebracht, want dan kan de leiding tussen filter en
koeler al dienen als voorkoeling. Tel voor een generator al gauw 60-100
kg. Leeg. Filterton weegt zomaar 50 kg mits voldoende groot en
geïsoleerd. Frame: 20-30 kg. Let bij aankoop van de auto ook
op bevestigingspunten.
Plaatsing in de kofferbak kan alleen bij een Amerikaan. De
toegankelijkheid aan de onderkant moet er zijn. Let op ventilatie! Zorg
dat er geen gassen door ventilatieopeningen zowel aan de voorzijde als
de achterzijde van de auto naar binnen kunnen. Koolmonoxide is giftig!
Bij plaatsing in de kofferruimte, de rugleuning van de achterbank
luchtdicht maken. Een aanhanger vereenvoudigt de constructie, maar
heeft z’n nadelen in de stad. Het reduceert bovendien de
topsnelheid.
Het laswerk dient netjes en degelijk uitgevoerd te worden. Niet zozeer
voor een fraai uiterlijk, maar om lekkages te voorkomen en scheuren
door verschillende uitzettingen te verhinderen. Denk altijd na hoe
verschillende uitzettingen van mantels op te vangen.
Lekkages zijn de grootste vijand van een houtgasser. In de generator
zelf, brandt lekkende lucht het gas deels op, met als gevolg
arm gas en een oververhitte generator. Daarom altijd een
temperatuurmeter op de uitkomende gaspijp. Bij voorkeur afleesbaar
vanuit de auto.
Een monorator is te adviseren, omdat het hout nooit helemaal droog is.
Zie de link sectie. De buitenmantel wordt blootgesteld aan zuur condens
uit het hout. Gebruik corrosiebestendig materiaal.
Het rooster moet van buitenaf te schudden zijn, liefst vanaf de
bestuurdersstoel. Een vacuüm meter op de uitgaande gaspijp om
te weten wanneer geschud moet worden. Verder een vacuüm meter
over de filterton en een over de final filter. Af te lezen vanaf het
dashboard.
Flenzen afdichten met hoge temperatuur siliconen kit. Deksels met
siliconen bakmatjes. Draaiende delen met vetkoord. Duct tape mag als
noodoplossing in de auto liggen. Maar nooit als eindoplossing dienen.
Start meteen goed. Beginnen met knoeien met het idee het later netjes
te maken, wordt in de praktijk niets.
Er zijn vele manieren van filteren. De enige beste is de meest
omvangrijke: cycloon en glasfiber doekenfilter. Zonder
cycloon kan het
ook, bv als de cycloon het gas teveel koelt. Deze manier van droog
filteren kan alleen als teervrij gas geproduceerd is. Anders slaat het
filter vet en verstopt. Altijd een keerblik in de filterton waar het
gas tegenaan botst. Een meegevoerd gloeiend kooldeeltje brandt zo geen
gat in het doek. Bent u niet overtuigd van de gaskwaliteit, dan nat
filteren. Zie literatuur.
De ventilator kan verschillende plaatsen hebben. Kiest u voor een
zuigende, dan zo dicht mogelijk bij de motor. Nadeel is dat het eerste,
koude, natte gas door de filtertrein gezogen wordt. Een glasfiber
filter en zuigende fan gaan niet samen. Daarom is een duwende
ventilator beter, temeer ook omdat deze niet vervuilt. Als type komen
alleen schottenpompen en smalle centrifugaal ventilatoren (stofzuiger)
in aanmerking. Brede centrifugaal ventilatoren, zoals in kachelmotoren
bouwen te weinig druk of vacuüm op. Als zuigende ventilator
nooit iets gebruiken waarbij gas door de elektromotor stoomt. U kunt
zich voorstellen wat een klein luchtlek dan kan aanrichten…
Zelf gebruik ik een jaren ’70 stofzuiger die ook kan blazen.
Wel heeft het ding een 4000 Watt omvormer nodig om op te kunnen
starten. Maarja, altijd makkelijk, 230 V aan boord…
Leidingen zoveel mogelijk vast en beter een te grote diameter dan te
klein. Als het kan onder een achteras doorwerken in plaats van er
overheen. Anders kan er een zogenaamd waterslot door condens ontstaan
voor de bocht omhoog. Bij de motor komt altijd een bocht omhoog. Daar
een aftapkraan maken of een afzuiging naar een condens tank.
Leidingen over de zijkant en het dak van de auto zijn lelijk, lastig,
scherp en vaak ook moeilijk aan te brengen. Enige voordeel is dat er
geen waterslot bij de motor kan ontstaan.
De koeler is het
efficiëntste indien zo ver mogelijk van de
generator. Dan kan de hete buis ernaartoe ook efficiënt
koelen, ondanks het geringe oppervlak. Ik weet niet of een koeler aan
de voorkant van de auto toegestaan is in Nederland. Het beste even
contact opnemen met de RDW. Zelf heb ik de koeler geplaatst tussen
vooras en bumper, schuin omhoog gericht.
Een herverwarmer na de koeler brengt de relatieve vochtigheid van het
gas terug. Als het gas uit de koeler komt, is het 100% nat. Zo willen
we het niet door de eindfilter en naar de motor leiden. Dus met behulp
van de hete koelvloeistof warmen we het gas een tiental graden op.
De eindfilter is bedoeld om een eventueel defect van de glasfiber
filter op te vangen. Gebruik geen papierfilter, want dat absorbeert
vocht tijdens stilstand. Een koude start verergert de vochtopname. Het
filter smoort. Neem het fiber materiaal van een wasemkap; dat is
waterafstotend. Een oliebad luchtfilter kan ook.
Tsja, de gas/lucht mixer. Ook tal van voorbeelden in de literatuur.
Zelf heb ik een andere weg bewandeld. Helaas voor u, geef ik daar op
dit moment nog geen informatie over prijs. Waar iedere andere
houtgasser een hand aan de mengselregelschuif of –knop moet
houden, daar heb ik m’n handen vrij. De mixer is automatisch
en zelfregelend. Mechanisch.
Voor elektronicanerds is het een uitdaging om het mengsel met behulp
van een breedband lambda sonde te gaan regelen.
Voor bouwen in RVS verwijs ik naar het boek van Vesa Mikkonen in de
link sectie. Hij heeft er 300 pagina’s aan gewijd. Daar kan
ik niets aan toevoegen. Voor iemand die een serieuze vergasser wil
bouwen is het de prijs meer dan waard. Het staat vol met tekeningen en
zowel praktische als ervaringstips. Een aanwinst, ook al zou men niet
in RVS bouwen.
Voor het bouwen van een degelijke, goed werkende vergasser van
gebruikte materialen, verwijs ik naar de site van Stig-Erik Werner. Wel
de nozzles vervangbaar maken door middel van hol geboorde draadeinden.
Zijn tevens verstelbaar. Geboorde RVS moer als slijtvast tipje. Flens
tussen silo en generator vergemakkelijkt onderhoud.
Jim Mason heeft een eenvoudige, maar zeer efficiënte vergasser
ontwikkeld en bouwt ze in serie. Te koop als bouwpakket of geheel
klaar. Tekeningen gratis te downloaden.
naar boven
|
|