O sistema de geração de CO2 através de uma reação química é baseado na neutralização de um ácido com uma base gerando o CO2 e tendo como sobra água e um sal. 

Reação química

 

  • HCl -> ácido clorídrico
  • NaHCO3 -> bicarbonato de sódio
  • HCL + NaHCO3 --> H2CO3 + NaCl
  • H2CO3 --> H2O + CO2

Considerando a massa atômica dos elementos ( Na=23, H=1, C=12, O=16, Cl=35.5 ), então, um mol de HCl necessita de um mol de NaHCO3 para ser neutralizado e gerará um mol NaCl (sal de cozinha), um mol de CO2 e 1 mol de água. Logo 84g de Bicarbonato de Sódio reagirão com 36,5g de ácido clorídrico e gerarão 18g de água, 58,5g de sal de cozinha e 44g ou 22,4 litros de CO2 (explicação abaixo). Um mol de qualquer gás ocupa nas condições da CNTP (condições normais de temperatura e pressão), 22,4 litros, desta forma, mantendo a mesma relação, para cada litro de água conseguimos diluir aproximadamente 100g de Bicarbonato de Sódio (solução de Bicarbonato e água que colocamos a garrafa de baixo) e gerará 26,7 litros de CO2 (a um atm e 25 ºC).

Na parte ácida, sem considerar a dissolução de ácido clorídrico em água, necessitaremos de 117g de HCL PA (em concentração de 37%) para ser neutralizado em 100g de bicarbonato de sódio. Isto quer dizer que cada gota de solução ácida, gerará aproximadamente 11 bolhas de CO2.

Dessa forma:

100g NaHCO3 -> 117ml de HCL PA(37%) -> 26,7 l CO2 -> Duração 148 horas (1 bolha/seg.) -> 18 ml H2O -> 52,4 g NaCl

Cada gota de ácido PA tem 0,05 ml, logo 250 ml de ácida gerarão 55.000 mil bolhas de CO2.

Isto quer dizer que:

Se você utiliza o sistema com 200 g de bicarbonato e ~250 ml de solução ácida PA, você gerará bolhas durante:

1 bolha por segundo - 148 horas
1 bolha a cada 2 segundo - 296 horas
1 bolha a cada 3 segundos - 444 horas

... e assim por diante.

Efeitos colaterais na utilização do HCL

Há a questão da liberação de vapores de ácido na atmosfera. Neste processo, cada gota de ácido que pinga na solução tem aproximadamente 0,05 ml, isto é, são necessárias 20 gotas para termos 1 ml de ácido. Cada uma destas gotas cai em uma solução de 1000 ml de carbonato de sódio, quando seria necessário somente 0,025 ml para a neutralização do ácido. Isto quer dizer que a solução de carbonato de sódio é 40.000 vezes maior que o necessário para neutralizar a referida gota de ácido. Desta forma, seguramente todo o ácido será neutralizado na solução, não sobrando nada para vaporizar. Ao testar, em uma solução de água destilada, a injeção do CO2 produzido com um marcador para a identificação de vapor de HCL, não foi verificada a presença do ácido.

Considerando ainda o efeito do vapor do ácido (em solução de 20%), que durante o trajeto de queda da gota, com duração de no máximo 0,2 segundos, uma parte da mesma se vaporize, este traço de ácido clorídrico no aquário não causaria nenhum efeito. Mesmo ocorrendo a injeção deste traço no aquário, o seu efeito seria abaixar o pH da água em quantidade imensurável, além do que, o efeito do CO2 é incomparavelmente mais eficaz na função de abaixar o pH da água.

Funcionalidade do sistema

O sistema de produção de CO2 químico é auto ajustável. Em função da necessidade de CO2 no aquário e da regulagem da vazão do gás (bolhas/segundo), o CO2 sai da garrafa, reduzindo a pressão na garrafa da solução com o bicarbonato de sódio. Com esta redução de pressão, o fluxo de ácido é liberado naturalmente, e este, quando pinga na solução básica, libera CO2, que por sua vez, aumenta a pressão do gás na garrafa que conseqüentemente inibe o fluxo de ácido.     

Dessa forma, a pressão do CO2 e a necessidade de mais ácido se mantém sempre equilibradas automaticamente, sem a necessidade de qualquer interveniência do aquarista.

Estabilidade do processo

Por se tratar de uma reação química, o processo de produção é contínuo sem que haja qualquer influência na produção em decorrência da temperatura (nas condições ambientas é claro), comparado com outros processos.

Pressão do gás CO2 gerado

A pressão do CO2 gerado está diretamente ligada à pressão que se mantém na garrafa de solução ácida. Teoricamente, é possível gerar o CO2 com qualquer pressão, basta iniciar o processo com esta pressão na garrafa da solução ácida (veremos mais abaixo como se faz isto). O resultado é que a pressão gerada no CO2 realmente atende a todas as necessidades requisitadas pelos diversos métodos de dispersão do gás.

Custos envolvidos

Dispondo de um tambor de cinco litros, de plástico, com uma torneira de plástico, é só colocar na mesma, um litro de água para cada litro de ácido clorídrico PA (37% de concentração). Desta forma a solução ácida fica pronta e é só encher a garrafa da solução ácida toda a vez que a mesma terminar. O custo desta solução, hoje, é de aproximadamente R$10,00 e você só manipulará uma única vez com o ácido concentrado, pois este volume de solução deverá ser suficiente para vários meses.

O distribuidor do ácido clorídrico, pode fornecer a solução que for solicitada ao mesmo preço do PA, devido aos custos de manipulação.

Na parte da solução básica, para os referidos dois litros de solução ácida, são necessários três litros de água, com 900g de bicarbonato de sódio. O custo desta solução também é de aproximadamente R$10,00.

Concluindo, os insumos envolvidos para alguns meses de produção seria de aproximadamente R$20,00.

Para a elaboração do sistema são necessárias garrafas "PET", equipos de soro, mangueiras de silicone, etc, tudo a um custo inferior a R$6,00.

Possibilidade de automação do processo

A automação do processo é muito simples e só necessita de uma válvula solenóide na mangueira de CO2, ligada no temporizador das lâmpadas e uma válvula agulha para regulagem da vazão do gás (isto porque a regulagem através dos equipos de soro não é muito precisa e necessita de ajustes periódicos). Toda vez que a válvula solenóide abre, a reação inicia automaticamente, com a injeção imediata de CO2 no aquário, e quando vez que a válvula solenóide se fecha, o ácido pára de pingar na solução básica e cessa a reação.

Dispersão do CO2 no aquário

Como o sistema pode gerar o CO2 de forma contínua e com a pressão requisitada, atende a qualquer tipo de sistema de dispersão em aquários:

  • pedra porosa (menos recomendado);
  • madeira;
  • difusor de CO2 para aquários;
  • escada de dispersão;
  • injeção de CO2 na entrada do filtro externo;
  • injeção de CO2 antes de qualquer “impeller” como de bombas submersas (melhor).

Construção do produtor químico de CO2

Material:

  • 1 garrafa "PET" de 2 litros;
  • 1 garrafa "PET" de 600 ml;
  • 2 equipos de soro microgotas (macrogotas também serve, mas microgotas é melhor);
  • 3 metros de mangueira de silicone para aquário;
  • 1 tubo de cola Araudite (as fotos mostram a cola “Super Bonder”, mas é recomendado a Araudite por não ressecar as mangueiras).

Opcional:

  • 1 válvula agulha simples (recomendado);
  • 1 válvula solenóide (automação);
  • 1 garrafa "PET" de 600 ml para fazer gota bolhas e seus materias (recomendado).

Retire as tampas das duas garrafas "PET", de 2 litros e 600 ml. Utilize duas brocas de aço rápido sendo uma de 4 mm e outra de 5 mm. As garrafas deverão estar em bom estado, sem furos, e as tampas com boa vedação.

Faça um furo com a broca de 5mm no centro da tampa da garrafa de 600ml, com o cuidado de furar também o selo de plástico fino que se encontra dentro da tampa e que contribuirá para a vedação do sistema. Faça dois furos, um com a broca de 4 mm e o outro com a broca de 5 mm, na tampa da garrafa de 2 litros. Os furos deverão ser feitos nos cantos da tampa (conforme a foto), tomando o cuidado de furar também o selo de plástico fino que se encontra dentro da tampa que contribuirá para a vedação do sistema.

Iniciando com a montagem da garrafa que conterá a solução ácida, pegue um dos equipos de microgotas (se você tiver somente um equipo microgotas e outro macrogotas, utilize aqui o macrogotas) e separe o conta-gotas do mesmo.

Com o conta gotas em mãos, corte a ponta conforme a foto abaixo.

Introduza o conta gotas no buraco da tampa da garrafa de 600ml (tem que entrar bem apertado), conforme a foto abaixo, e cole a base com cola “Araudite”. Passe a cola do lado de fora da tampa e do lado de dentro onde o conta gotas toca nela.

Pegue a mangueira de silicone e corte um pedaço que tenha a altura da garrafa "PET" de 600 ml + 5 centímetros. Em uma das extremidades desta mangueira, faça cortes conforme o desenho abaixo.

A outra extremidade da mangueira (sem os cortes) deve ser colada na haste do conta-gotas da tampa da garrafa de 600ml com “Araudite”, introduzindo a haste o máximo possível dentro da mangueira, conforme a foto abaixo.

Tampe a garrafa de 600ml com a sua tampa, deixando a mangueira em seu interior, conforme a foto abaixo.

Peque um novo pedaço de mangueira de silicone, de 30cm de comprimento, que servirá para a ligação entre as duas garrafas. Cole, com “araudite”, uma das extremidades da nova mangueira na saída do conta-gotas da garrafa da solução ácida. É importante que a mangueira chegue até a base do conta-gotas e fique bem colada.

Pegue um dos equipos de microgotas (se você tiver somente um equipo microgotas e outro macrogotas, utilize aqui o microgotas) e separe o conta-gotas do mesmo.

O equipo de microgotas é importante nesta montagem pois facilita o controle da vazão de saída do gás da garrafa. Trabalha como um regulador de pressão não permitindo que haja uma despressurizarão muito rápida da garrafa mesmo que ocorra algum acidente com a válvula trazendo algum problema para o aquário.

Retire do equipo o conector de plástico da extremidade do seu tubo, que se encontra na posição oposta do conta-bolhas.

Coloque o conector de plástico no buraco pequeno (4mm), da tampa da garrafa de 2 litros, pelo lado de dentro da mesma e cole com “Araudite” pelo lado de dentro e de fora da tampa. Deverá entrar até que a aba do conector encoste no interior da tampa. O conector deverá ficar bastante justo, para que não ocorram vazamentos ou perda de pressão.

Retire o conta-gotas do tubo do equipo e o introduza no buraco maior (5mm), da tampa da garrafa de 2 litros, pelo seu lado de fora. Neste caso, não corte a ponta do conta-gotas como foi feito para a garrafa de 600ml. O conta-gotas deverá entrar na tampa bem apertado e depois, ser colado pelo lado de dentro e de fora da tampa, como foi feito no caso da tampa da garrafa de 600ml.

Pegue a mangueira que está conectada à tampa da garrafa de 600ml e cole no conector que está colado na tampa da garrafa de 2 litros. Faça a colagem com “Araudide”.

Pegue um pedaço de mangueira de silicone suficiente para levar o CO2 produzido pelo sistema até o seu aquário. De posse desta mangueira, cole a mesma na saída do conta-gotas da tampa da garrafa de 2 litros.

Finalizada a montagem das tampas, elas devem ser colocadas nas respectivas garrafas.

Instale as válvulas de regulagem dos equipos (as duas válvulas) na mangueira do CO2 que sai do conta-gotas da garrafa de 2 litros. É recomendada a utilização de uma válvula agulha one-way (simples), que é facilmente encontrada em qualquer loja de fogões ou materiais de instalação de gás pelo preço de aproximadamente R$7,00.

É recomendável a utilização de uma garrafa para a função de conta bolhas no sistema.

Pegue uma nova garrafa "PET" de 600ml e faça dois furos em sua tampa com a broca de 4 mm. Insira nos dois buracos os conectores de mangueira. Coloque uma mangueira até o fundo da garrafa "PET" e ligada a um dos conectores. Ligue o conector, que tem a mangueira, até o fundo da garrafa "PET", com o conector de saída do CO2 da garrafa de 2 litros, utilizando uma mangueira de silicone para aquário. Ligue a mangueira de CO2 que vai até o aquário no outro conector da garrafa conta bolhas. Coloque as válvulas de equipo ou a válvula agulha (opcional) na mangueira de CO2 que vai até o aquário. Coloque água até a metade da garrafa e feche bem a tampa. Poderá utilizar uma ferramenta como alicate de pressão ou um grifo para garantir um bom fechamento.

Iniciando o Processo

Abastecimento das garrafas

Retire a tampa da garrafa de 2 litros e a insira em um copo com água. Na outra extremidade da mangueira de CO2, “chupe” para permitir a entrada da água no conta-gotas (no caso da utilização da garrafa "PET" de 600ml como gonta bolhas, o que recomenda-se, não efetuar esta operação e sim deixar o conta-gotas vazio), lembrando inicialmente de abrir as válvulas dos equipos. Deixe o nível de água no conta-gotas, na metade do mesmo e feche as válvulas dos equipos (para ter certeza, de um nó na extremidade da mangueira, não permitindo a entrada de ar e baixando o nível de água no conta gotas.     Coloque dentro da garrafa de 2 litros, 200g de bicarbonato de sódio em pó, comprado em qualquer farmácia, e na seqüência 500ml de água. Não misture a solução. Feche a garrafa de 2 litros, certificando-se que não haverá vazamentos. Pode-se utilizar uma ferramenta como alicate de pressão ou grifo para garantir um bom fechamento.     

Deixe as válvulas dos equipos da mangueira de CO2 fechadas e com um nó. Pegue uma vasilha de vidro para preparar a solução ácida. Coloque inicialmente 250ml de água na vasilha de vidro.     Em local bem arejado, e com luvas de borracha em suas mãos, abra o vidro de ácido clorídrico PA, que é comprado em qualquer distribuidor de ácido de sua cidade (ver abaixo as formas de se conseguir o ácido) e coloque 250ml na vasilha com água. Sempre coloque o ácido na água e nunca o contrário. Caso respingue ácido na pele, não tem problema, você somente sentirá um leve ardor no local que deverá ser lavado com água corrente, em outros casos, siga as instruções no rótulo do ácido. Deixe sempre o recipiente do ácido fechado pois o ácido clorídrico é gasoso e se desprende facilmente da solução aquosa na qual é vendido. Procure não respirar as emanações de ácido no recipiente. Depois de diluído, não teremos mais as emanações.     

Coloque a solução ácida na garrafa de 600ml e feche bem a tampa para que não haja vazamentos. Pode utilizar uma ferramenta como alicate de pressão ou um grifo para garantir um bom fechamento.

Iniciando a reação

Com a saída do CO2 na mangueira bem fechada, agite a solução de bicarbonato de sódio. Você notará, que se formará um pouco de CO2, deverá haver borbulhamento dentro da garrafa da solução ácida. Pegue a garrafa com a solução ácida e aperte a mesma para que o ácido suba pela coluna e caia uma boa quantidade (5 ml) na solução básica da garrafa de 2 litros.

Haverá formação de CO2 na garrafa da solução básica, e este CO2 gerado, empurrará o ácido através do tubo de ligação entre as duas garrafas de volta para a garrafa de ácido e começando a borbulhar CO2 dentro da garrafa ácida.

Repita a operação de apertar a garrafa, umas duas vezes, até que a garrafa ácida fique com boa pressão.

Verifique a estanqueidade das tampas e das comexões colocando água com sabão nas mesmas e verificandor se surgem vazamentos.

Libere o nó da mangueira de saída do CO2, liberando vagarosamente as válvulas do equipo ou a abertura da válvula agulha, controle a vazão de saída do CO2 pelo conta-bolhas.

Se você estiver usando o conta-gotas microgotas, deve saber que cada três bolhas equivalem a uma bolha normal.

O sistema trabalhará ininterruptamente por vários dias (1 bolha normal por segundo = 148 horas; 1 bolha normal a cada 2 segundo = 296 horas; 1 bolha normal a cada 3 segundos = 444 horas ... e assim por diante).

O sistema controlará automaticamente o gotejamento de ácido na garrafa da solução básica, sem necessitar de intervenção.

Uma vez por semana, agite levemente a garrafa da solução básica para melhorar a homogenização, mas com cuidado para não elevar muito a pressão dentro das garrafas, o que fará com que você tenha que regular novamente a vazão de saída de CO2, para uma nova condição de pressão.

O sistema deverá ser recarregado quando não houver mais bicarbonato de sódio no fundo da garrafa da solução básica ou ao término da solução ácida.

 

Perguntas freqüentes:

Fiz o teste de estanqueidade e estava vazando! O que eu faço?
R.: Se for nas conexões, solte as mesmas e cole novamente. No caso da tampa, utilize uma ferramenta como o alicate de pressão e aperte a mesma.

A reação parou e ainda tenho ácido e bicarbonato de sódio na garrafa! O que eu faço?
R.: Provavelmente você está com um vazamento na garrafa ácida. Teste novamente as vedações e repita o processo INICIANDO A REAÇÃO, sem agitar. Caso você não tenha encontrado vazamento é porque a pressão inicial nas garrafas foi baixa. Repita o processo INICIANDO A REAÇÃO para aumentar a pressão das garrafas.

Estou com dificuldade de regular as valvulas de equipo! O que eu faço?
R.: Primeiro, aumente a pressão do CO2 das garrafas repetindo o processo INICIANDO A REAÇÃO. Caso não resolva o problema, coloque a garrafa "PET" de conta bolhas (opcional) no sistema, pois a condensação da mangueira de saída do CO2 até o aquário está obstruindo a passagem do CO2. Caso não resolva o problema, instale a válvula agulha ao invés das válvulas de regulagem de equipos e deixe as garrafas com bastante pressão.

Dicas para obtenção do ácido clorídrico.

Se você estiver em São Paulo (capital), procure o distribuidor QUIMESP - Rua Rodrigues dos Santos, 620, Braz – São Paulo –SP -Tel: (11) 3311-7422, ou outro concorrente.

O limite de compra do ácido clorídrico é de 2 litros/mês, pois sua venda é controlada.     

Caso esteja em outra cidade, consulte o site da Carbocloro, www.carbocloro.com.br e entre em contato com a área de suporte à vendas, perguntando por um distribuidor em sua região.

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Sobre o autor:
Autor: Alex Ribeiro