أخطار الكهرباء الساكنة والعلاقة بالعملية الكيميائية

بسم الله الرحمن الرحيم

أخطار الكهرباء الساكنة والعلاقة بالعملية الكيميائية

الملخص

أينما وجدسائل يتدفق، توجد إحتمالية لتوليد شحنة ستاتيكية ضمنه. ومعدل تدفق السائل، موصلية السائلة، وقطر الماسورة/الوعاء كل هذه العوامل لها تأثير على تراكم الكهرباء الساكنة. حتي عند تأريض النظام، تظل الشحنات الكهروستاتيكية تتراكم ويمكن أن تُفرغ غالبا على شكل شرارة. يمكن أن يؤدي هذا إلى العديد من المشاكل من حيث عملية التصنيع حسب تحريض الوعاء لإمكانية حدوث حريق في وجود الجو القابل للاشتعال. يهدف هذا التقرير إلى تسليط الضوء على عدد من مشاكل تراكم الشحنة الثابتة في السوائل وعلى التقنيات التي يمكن أن تستخدم للحد من هذه المخاطر.

مقدمة

مخاطر الكهرباء الساكنة المرتبطة بـ الغبار والمساحيق لطالما تم التعرف عليها بإعتبارها خطر محتمل في العمليات الصناعية، وعدد الإحتياطات التي يمكن إستخدامها للسيطرة على التراكم الاستاتيكي أو للقضاء على خطر الحريق أو الإنفجار.1-3

وهناك تقنية شائعة وهي بتوصيل أي جهاز بالأرض، وبالتالي يتم تبديد أي شحنة استاتيكية بامان إلى الأرض.

وكانت المخاطر الكهروستاتيكية للسوائل لنا بها معرفة أقل.يمكن للشحنة الكهروستاتيكية أن تتراكم أينما وجد تتدفق سائل أو حدوث عملية ترسيب.

يمكن أن تتراكم الشحنة الكهروستاتيكية داخل السائل، وخاصةً تلك التي لها موصلية منخفضة مثل الهيدروكربونات. حتي مع تأريض الوعاء أو الماسورة، يمكن أن تبقى الشحنة داخل السائل لفترة طويلة من الزمن (في بعض الحالات دقائق). 4-6

هذا يمكن أن يؤدي في نهاية المطاف إلى التفريغ أو الشرارة التي قد تنتج حريق في وجود جو قابل للإشتعال. تدفق السائل في الماسورة يؤدي إلى إنفصال الأيونات السالبة والموجبة في السائل (انظر شكل 1). وبالتالي تلعب الخواص الكهربية للمذيب دوراً رئيسياً في تحديد كلاً من توليد وتراخي الشحنة؛ مفتاح المعلمات هو الخواص العازلة والمقاومة الكهربية. يتم التعبير عن موصلية السائل من حيث سيمينز لكل متر (S/m) أو الأكثر شيوعاً بيكوسيمينز في المتر (pS/m) (جدول 1).

شكل.1 التوليد الاستاتيكي بفعل تدفق السوائل

شكل.2 التراكم الاستاتيكي للمذيبات قليلة الموصلية low Conductivity

الموصلية للسوائل. موصلية السائل لها تأثير كبير على مدى قدرة شحن السائل. في الواقع يمكن تقسيم السوائل إلى ثلاث فئات تبعاً لـ موصليتها،

العالية (> 1000 pS/m)، المتوسطة (50-1000 pS/m) والمنخفضة (> 50 pS/m). مع سائل عالى التوصيل أي شحنة إستاتيكة متولدة داخل السائل يمكن أن تجري على الماسورة أو الوعاء و تُبدد بأمان إلى الأرض. للسوائل الوسيطة، فإن معدل توليد الشحنة يمكن أن يكون حاسما، أي عندما يكون توليد الشحنة سريع، ثم ربما لايوجد وقت كافي لتبديد الشحنة. السوائل قليلة الموصلية غير قادرة على تبديد الشحنة الاستاتيكية، وبالتالي يمكن أن يحدث التراكم الاستاتيكي حتى لو كان الوعاء مؤرض كما هو موضح في شكل.2 ومن هذه الفئة من السوائل التي تعطي أعلى درجة من المخاطر في عمليات التصنيع.

ويبين الجدول 1 قاعدة الموصلية لمجوعة من المذيبات الشائعة وبعض أوقات الإسترخاء. الكثير من الهيدروكربونات لها موصلية قاعدة منخفضة، وهذه السوائل غالباً ما تتطلب اهتماماً خاصاً في التعامل معها. ترتبط الموصلية للمذيب بدرجة لزوجته؛ وبالتالي ستكون موصلية السائل أقل عندما يكون بارد . ولذلك فمن المهم في عمليات التصنيع لقياس موصلية المذيب عند بدء التشغيل، أو عندما يكون المذيب عند أقل درجة حرارة،ولزوجة،وموصلية.

التوليد الإستاتيك في العمليات الصناعية. يصف القسم التالي الطرق المختلفة التي تتولد بها الاستاتيكية في العمليات الصناعية.

تدفق خطوط الأنابيب. بما أن الشحن يحدث على طول الماسورة، تصل الشحنة لقيمة قصوى حيث يكون توليد الشحنة يساوي الإسترخاء من خلال جدار الأنابيب (أي يتم التوصل إلى التوازن). تعتمد الشحنة المتولدة على قطر الماسورة، موصلية السائل، ومعدل التدفق. كلما كانت موصلية السائل أقل و معدل التدفق أعلى كلما زادت الشحنة التي يمكن توليدها.

أي إنسداد أو تقييد مثل الصمامات او مرشحات يمكن أن تزيد الشحنة أيضاً بسبب الإضطرابات المتولدة في الماسورة وارتفاع معدل التدفق.

الخلط والتحريك. وجود مرحلتين في مفاعل/الوعاء يمكن أن يؤدي إلى توليد شحنة بالتحريك. إرتفاع سرعة الإثارة يؤدي إلى توليد الشحنة أكثر. في بعض الأنظمة حيث يذاب الصلب في السائل، يمكن توليد شحنات كهروستاتيكية عالية جداً. في هذه الحالة ربما تتطلب إحتياطات خاصة.

السقوط الحر/ الرش للسوائل. السقوط الحر للسوائل يؤدي إلى إثارة ويمكن أن تكون مهمة جداً في ملئ أوعية التفاعل من حيث التوليد الساكن.

عمليات صناعية أخرى. تصفية المياه، إمتزاج المخاليط والتبلور، والهباء الجوي يسبب شحن عالي جداً في السوائل.

عواقب التراكم الاستاتيكي. إذا كانت شحنة كهروستاتيكية كبيرة بما يكفي موجودة في المذيب وهناك جسم مؤرض في مكان قريب، بعد ذلك يمكن أن يحدث تفريغ أو شرارة. إذا كان هناك جو قابل للإشتعال والشرارة لها طاقة كافية لإشعال المذيب، إذاً يمكن

أن يحدث حريق. هناك العديد من القضايا التاريخية حيث بدأت الحرائق بفعل التفريغ الستاتيكي من السوائل التي تنطوي على مجموعة من المذيبات منخفضة الموصلية.

إن وجود طبقة نيتروجين يمكن أن يستخدم لمنع اشتعال الجو. ولكن لايزال هذا يؤدي إلى مشاكل مع تأليب مفاعل. مثال على ذلك وهو الأضرار التي لحقت بأوعية التفاعل المبطنة بالمينا بسبب تفريغات الكهرباء الساكنة.7

المينا نفسها لا يمكن أن تكون مشحونة بشكل خطير، على عكس بعض المواد البلاستيك، ولذلك يتم إستخدامها وعلى نطاق واسع في الصناعات الكيميائية والصيدلانية. ومع ذلك، تجربة إستخدام أوعية المينا أظهرت تحت ظروف معينة شحن كهروستاتيكي عالي يمكن أن يحدث والشحنات المتولدة يمكن أن تسبب تحريض جدار المفاعل. إذا كان هذه

لا تزال دون رادع، يمكن أن تؤدي إلى التآكل، وأضرار واسعة النطاق، توقف المفاعل، وحتى استبدال المفاعل.

وقد شوهدت تجارب مماثلة للمفاعلات المبطنة بالزجاج.8

الوقاية من التراكم الستاتيكي في السوائل. هناك عدد من الطرق التي يتم من خلالها تقليل أو القضاء على التراكم الاستاتيكي في المذيبات قليلة الموصلية. الطريقة الأولى هي ببساطة زيادة موصلية السائل إلى مستوى آمن من خلال إضافة مادة مضافة؛ سيكون هناك حاجة لمستويات جرعة مختلفة لعمليات صناعية معينة.

وكما ورد سابقاً، الساكنة يمكن أن تتولد في العديد من العمليات المختلفة، وتحسين الموصلية يتطلب تصميم مختلف. كما يبين جدول 2، التبلور أو إذابة المواد الصلبة يتطلب موصلية أعلى بسبب المعدل السريع للتوليد الساكن مقارنةً مع خلط بسيط للمذيبات. وهناك عدد من المواد المضافة المضادة للساكنة متاحة تجارياً للإستخدام في السوائل.4-6

مثال واحد وهو Octastat، التي يمكن أن تحسن موصلية المذيبات على المستويات جزء في المليون. ويظهر رسم بياني نموذجي في شكل.3 جرعات من toluene مع Octastat 3000.

مطلوب مستوى جرعة بـ 1-2 جزء في المليون لرفع الموصلية فوق 1000 pS/m.

الجرعة الدقيقة للعديد من هذه الإضافات تعتمد على المذيب الخاص وعملية التصنيع المستخدمة. ولذلك ينصح لقياس موصلية المذيب مباشرة بإستخدام مقياس موصلية لكل تطبيق.

في الأنابيب طريقة آخرى للحد من التراكم الستاتيكي وهو بتقليل سرعة التدفق. التدفق الأقصى الموصى به لمذيب قليل الموصلية هو 1m/s حيث الصلب أو السائل الثاني يمكن أن يكون موجود. وإلا بحد أقصى يُقترح 7m/s. بإجراء السوائل في الأنابيب المعدنية، نادراً ما يتطلب التحكم في التدفق. الإختيار الدقيق لنقاط المدخل والمخرج يمكن أن تساعد في تقليل مشاكل توليد الساكنة بسبب الرش، كما تفعل صمامات القطر الكبير.

الإستنتاجات

المعنى الضمني لعملية التوليد الساكن في تدفق السوائل أو عمليات المرحلتين غالباً ما يتم التغاضي عنها. مع السوائل منخفضة الموصلية القابلة للإشتعال توجد دائماً مشكلة الشرارة التي يمكن أن تؤدي إلى الحريق، ولكن يمكن أن تؤدي أيضاً إلى ضرر المفاعل.

موصلية السائل تحدد المعدل الذي يمكن أن تبدد الكهرباء الساكنة المتولدة إلى الأرض.

وبإرتفاع موصلية السائل، يمكن أن تحدث سرعة تبديد أكبر. بعض الخيارات مفتوحة لعملية الهندسة الكيميائية للتحكم في الساكنة في السوائل للحد من معدل التدفق في الماسورة أو لزيادة موصلية المذيب بإستخدام مادة مضافة مضادة للتوليد الساكنة.

ATEX 137 زاد مستوى الوعي من الكهرباء الساكنة في عمليات التصنيع، ومشكلة التراكم الكهروستاتيكي في السوائل ولذلك ينبغي التصدي لها في العمليات الحالية والمستقبلية.
المصادر:
ترجمة كتاب 
Electrostatic Hazards in Liquids and Relevance to Process Chemistry
الرابط
http://www.aseanbiotechnology.info/Abstract/21021179.pdf

مولد يعمل بالماء ، مولد اللورد كيلفن lord kelvin generator

بسم الله الرحمن الرحيم

توضيح الحث الكهروستاتيكي

من الممكن بناء مولد جهد عالي بسيط ليس له اجزاء متحركة و ينتج الطاقة بتساقط المياه .

بتقطير المياه من خلال بعض العلب القديمة تظهر عدة آلاف من الفولت سحريا .

السحر يكمن في ان المياه متكونة من كميات هائلة من الشحنات الكهربية الموجبة و السالبة بتوازن مثالي .

و ليس من الصعب تحقيق عدم توازن . المياه عادة له صافي شحنة كهربية صفر لأنه يحتوي على شحنات متعاكسة متساوية .

شحنات “ مولد كلفن " تنتج بالجاذبية التي لا يمكن الغائها .

الشكل 1 . قطرات المياه تصبح مكهربة بـ " الحث الكهرومغناطيسي electrostatic induction “

النظرية الأساسية

على الرغم من ان المياه ليس لها شحنة كهربائية عموما ، فهي مملوءة بالشحنات الكهربائية المتحركة ( و تسمى الأيونات ) . نصف شحنات المياه إيجابية ، ونصفها سلبية . و ليس من الصعب فصل هذه الشحنات ، ببساطة امسك جسم مشحون بالقرب من المياه . سيجذب الجسم المشحون الشحنات إلى سطح المياه . فإنه سيتم أيضا تنافر الشحنات "على حد سواء"بعيدا في عمق المياه .

في المخطط أعلاه يجذب الجسم الإيجابي أيونات المياه السالبة و يصد الأيونات الموجبة . هذا يلفت الى وجود فائض من الأيونات السالبة في قمة منقط المياه ، في أثناء ذلك تتنافر كمية متساوية من الأيونات الموجبة إلى الطرف الآخر من المنقط . عندما تفصل قطرة ماء من قمة المنقط تكون الشحنة الكهربائية السلبية محصورة في القطرة عموما .

سقوط قطرة المياه الحاملة للشحنة السلبية تاركة المنقط موجب الشحنة بشكل طفيف . وتجميع القطرات الساقطة في وعاء تجعله مشحون سلبيا .

في المخطط أعلاه سيتم إنشاء قطرات المياه السلبية باستمرار إلى الأبد طالما تتدفق المياه . ومع ذلك ، فإن هذه العملية لا تستنفد الشحنة الغير المتوازنة على الجسم الإيجابي . تبدو و كأنها دائمة الحركة ، اليس كذلك ؟ لا في الواقع .

يتم الآن إنشاء الطاقة الكهربائية بفعل الجاذبية الارضية في سحب القطرة المشحونة سلبيا بعيدا عن المنقط الموصل بالارض ، وبعيدا ضد عامل الجذب للجسم الإيجابي . قوة الجذب الكهربائية من الجسم المشحون إيجابيا تحافظ على قمة المنقط مشحونة سلبيا، و لكن الجسم الموجب لا يزود بالطاقة . انت توفر له الطلقة ، و بما انك ترفع المياه إلى ارتفاع لملء المنقط .

فهي مثل المولد في سد الطاقة الكهرومائية ، و لكن من دون التوربينات أو الملفات الدوراة أو المغناطيس . المياه نفسه يكون كالأجزاء المتحركة للمولد كهربائي .

( ملاحظة : يمكن بسهولة عكس قطبية الشحنة . اذا كان الجسم مشحون سلبيا ، تكون القطرات الساقطة موجبة الشحنة .)

بناء مولد

إذا امكننا عمل جسم مشحون ايجابيا بطريقة ما . عندها يمكننا ان نحصل على قطرات المياه السالبة . و لكن اين يمكن ان نجد جسم موجب الشحنة ؟ . إذا كان هناك طريقة ما لنغير الشحنة السالبة للماء الى شحنة موجبة يمكن عندها استخدام المياه لشحن الجسم ايجابيا . و سيكون لدينا مولد ذاتي . هناك طريقة بسيطة للقيام بذلك : اعمل وعائين للتنقيط مثل الوعاء في شكل 1 . هل رأيت الخدعة ؟ . الوعاء في شكل 1 يستخدم جسم مشحون ايجابيا لعمل شحنات سالبة لقطرات المياه . لو عملنا وعاء ثاني يمكن استخدام الشحنات السالبة لعمل شحنة ايجابية . يمكننا ربط الوعائين في حلقة . الاولى لعمل الشحنات السالبة الغير متوازنة التي تجذب الشحنات الموجبة في الوعاء الثاني التي تعمل على جذب الشحنات السالبة في الوعاء الاول . قد يبدو هذا جنون و لكنه يعمل حقا .

سنعمل اثنين من المنقطات الموجودة في المخطط 1 نضعهم بجانب بعضهم البعض ثم نجمع قطرات المياه المشحونة من جانب واحد و نستخدمها لشحن " الجسم المشحون " على الجانب الآخر و العكس بالعكس . سنقوم بربط الاجزاء العلوية و السفلية بالاسلاك . جانب واحد سيكون جسم موجب و سيعمل قطرات موجبة . ونربط ايضا المنقطات معا لتبقى متعادلة كهربيا . سيكون عنها لدينا رد فعل قائم بذاته .

الفيديو التالي يوضح طريقة عمل الجهاز :

تلمس القطرات السالبة العلبة السفلى و تشحن القطرة العلبة سلبيا و العلبة مربوطة بالمحث السالب العلوي على اليمين .

سيتسبب المحث السالب في عمل بعض القطرات الموجبة التي ستلمس العلبة السفلية اليمنى و تشحن بذلك المحث الموجب ( الذي يتسبب بتساقط قطرات سالبة ) . المنقطات يجب ان توصل ببعضها و بالارض

الانطلاق الذاتي

و لكن من أين تأتي الشحنة الأولى ؟ في الحقيقة اذا عملت هذا الجهاز سيعمل فرق جهد من تلقاء نفسه . بدون ان نشحنه .

خلال الظروف الجافة كل شئ قريب من المولد ينتهي الى شحنة كهربة صغيرة بالتعامل معها .

إذا كانت احد الاوعية العلوية سالبة قليلا ستؤدي الى عدم توازن الشحنة الموجبة للماء . و التي ستبدأ في الجانب الاخر من المولد . و التي ستؤدي ال ان تصبح الشحنة على الجانب السالب اكبر , الخ،مرارا و تكرارا

انها تشبه عملة معدنية متوازنة على الحافة . من العب البدء بتحقيق توازن مثالي و عادة ما تندرج طريقة واحدة أو أخرى مع نفس المولد . إذا كان هنا عدم توازن كهربي سيضخمه المولد مرارا و تكرارا

و الجهد الكهربي سيتساقط اما لقطبية واحدة أو لأكثر .

الجهد العالي سيظهر سحريا من العدم ( و لكن لا أحد يعرف أي جانب سيبدأ ايجابيا و غيره سلبي )

البناء

الأجزاء المعدنية للمولد يجب ان تدعم بالمواد العازلة . ورقة كبيرة من بلاستيك الاكريليك تعمل بشكل جيد كما تفعل الستايروفوم بلاستيك . لا تستخدم الخشب لأنه موصل أيضا .

اربط الاوعية الجامعة و المحثات مع ورقة البلاستيك بالمسامير او السيليكون . أو اعمل فتحات في الورقة و اربط الاوعية مع الورقة بالخيط او السلك .

استخدم البعض قضبان او شرائط من البلاستيك مع الاشياء . و البعض الآخر استخدم مواسير المياه البلاستيك .

يجب أن يكون البلاستيك نظيف و جاف .

يجب أن تكون المحثات و الاوعية الجامعة متباعدة عن بعضها بعدة بوصات أفقيا و عموديا .

يجب أن تبقى الاوعية الجامعة السفلية بعيدة عن سطح الطاولة .

تستخدم الاسلاك المكشوفة لربط الاربع علب . يجب أن يكون اثنين من الاسلاك المائلة بعيد عن أي جسم موصل آخر ، و يجب الا تلامس بعضها .

استخدم الاسلاك المكشوفة لعمل شرارات بين الاسلاك و لعمل فلاش لمبة .

اربط نهاية الاسلاك المائلة بالعلب المعدنية . اذا كنت تستخدم سلك معزول عري بوصة واحدة من نهاية الاسلاك .

يمكنك استخدام شريط لاصق لربط السلك بالمعدن طالما يلمس السلك الغير معزول المعدن مباشرة . ( على سبيل المثال الربط بعلبة مطلية ) . المشبك المعدني يعمل جيدا ( من راديو شاك ) . او اعمل فتحة في المعدن قريبة من حافة العلبة و اربط السلك في الفتحة .

الحلقات العليا او العلب يجب وضعها بالقرب من قطرات المياه الخارجة من بقية المياه .إذا كان خروج القطرات بعيد عن قمة الفوهة ، ضع الفوهات في أطار العلب العلوية ,إذا كان تيار المياه الخارج من الفتحة قوي بحيث تتجزئ النقاط كلما انخفضت حرك الفوهة لأعلى بحيث تكون الفوهة داخل علبة المحث العليا .

للمنقطات ، يمكنك استخدام شفاطة بلاستيك او زجاج لنحصل على فتحة صغيرة جدا بحيث تخرج نقاط ماء كثيرة .إذا لم تتمكن من الحصول على شفاطة حاول تعمل ثقوب في الوعاء البلاستيك . انظر اسفل .

اضبط معدل تدفق المياه بحيث يقطر بسرعة جدا . كلما كان أسرع كان أفضل . و باستخدام العديد من المنقطات بدل من واحد أفضل .

التشغيل

بمجرد الانتهاء من المياه المتساقطة ، يمكنك توقع ظهور جهد عالى حالا ، بعد تشغيل الجهاز لمدة دقيقة المس العلبة بلطف و اسمع الشرارة الاستاتيكية الصغيرة المفاجئة .إذا لم تسمعها فالجهاز يعمل بضعف أو ليس على ما يرام . راجع قسم التصحيح في نهاية الموضوع .

إذا لم تسمع اي شرارة يمكنك ان تحاول الكشف عنها براديو am .

ضع الراديو على بعد قدم من المولد . حول بين المحطات " او شغل اضعف محطة " و علي الصوت و شغل المولد . المس احدى العلب باصبعك و اسمع الراديو . ستسمع ضوضاء مفاجئة طالما تلامس العلبة باصبعك . المس احدى العلب العلوية و بعدها المس العلبة الثانية و المس العلبة الاولى الثانية . يجب ان تسمع ضوضاء مفاجئة في كل مرة .حتى عندما تكون الشرارات صغيرة جداً لتسمعها او لتراها ، وجهاز الراديو في بعض الاحيان لا يزال يكشفها .

تشغيل لمبة نيون

بمجرد ان يكون المولد قادر على انتاج الشررات ، يمكنك اضاءة لمبة نيون صغيرة . اللمبة العادية لن تعمل ، ستحتاج لمبة نيون صغيرة بدل منها . احضر لمبة من نوع ne -2 او لمبة أخرى مشابهة . النوع الذي يشبه الى حد ما انبوبة زجاجية قصيرة مع اثنين من الاسلاك المتوازية داخلها و سلكين عاريين خارجة منها

اربط اللمبة بسلك واحد و انظر الى الانبوب ثم استخدم السلك الآخر لتلامس احدى العلب . يجب ان نرى ومضة برتقالية داخل اللمبة ( ربما يساعدك اطفاء نور الغرفة لرؤيتها ) .اربط سلك لمبة واحد ثم استخدم السلك الآخر ليلامس العلبة الموجبة ثم العلبة السالبة ثم الموجبة . و يجب أن ترى ومضة برتقالية صغيرة .

وميض اللمبة باستمرار

لا تربط ne-2 لمبة مباشرة بسلك المولد .سيقصر ذلك المولد و يمنع انشاء فرق جهد عالي .يمكنك جعل المولد يومض تلقائيا كرات شرارت كما في الصورة الآتية .

. لف اول السلك من اللمبة حول واحدة من اسلاك المولد المائلة . بعد ذلك اثني الاسلاك حتى يمكن للسلك القصير للمبة ان يكون قريب من سلك المولد ( و لكن بلا تلامس) .الشرارت الصغير ستقفز احيانا عبر كرات الشرر و تومض اللمبة .كلما كانت الفجوة ( بين الكرات ) اصغر كلما كان الوميض اسرع ( وابهت) .حاول ان تكون الفجوة 1 ميليمتر في البداية . اذا كانت تعمل حاول زيادة المسافة للحصول على ومضات ابطأ و أقوى . اثني طرف السلك لتشكيل حلقة ، هذا يسمح للجهد الكهربي بالارتفاع احيانا قبل قفز الشرارات التي تزيد قوة الاضاءة .

دحرجة كلينيكس

لترى الجهد العالي المحيط بالعلب ، الصق بعض شرائط المناديل الورقية بالعلب .ضع شريط لاصق فقط في ا لجزء العالي لكل شريط من الورق حتى تتدلى الشراءط على جانب العلبة .عندما تزيد شحنات العلبة سترى " تنافر" ابتعاد الشرائط عن العلبة . كلما كان الجهد اكبر كلما ابتعدت الشرائط اكثر . عندما تقفز الشرارات . تهتز الشرائط لأن قوة التنافر تصبح اقل فجأة .

سقوط المياه البطئ

الطاقة التي تتراكم بين العلب تأتي من سقوط المياه . مع زيادة الطاقة المخزنة ، على المياه ان تعمل شغل اكثر في كل مرة يضاف قليلا من الشحنة الغير متوازنة للعلبة . القطرات المشحونة تتأثر بقوة التنافر لأنها تقع في اتجاه العلب السفلىة المشحونة على حد سواء . كما يزيد الجهد فإن قطرات الماء ستسقط ببطء أكثر و أكثر . و صوت الماء المرشوش سيتغير . حتى القطرات قد يبدأ الانحناء في مساراتها . حتى يزيد السقوط أحيانا

تفريغ علب جمع المياة

إذا تم تشغيل الجهاز لمدة طويلة ، تمتلئ العلب السفلىة . كيف يمكن للماء الخروج بدون تفريغ شحنتها ؟ هنا إضافتي لمنقط الماء القديم لكيلفن : استخدم تأثير "دلو الثلج لفاراديfaraday ice pail effect" ،

عندما يكون جسم اجوف موصل دائما لا توجد شحنة بداخلة . للقيام بذلك قم بتوصيل مخرج الانبوب داخل كل علبة اسفل منها . حتى يقطر الماء ( إذا كان التيار قوي ، ستفرغ العلبة الشحنة و سيتوقف المولد عن العمل)

الشكل . 4 إزالة الماء من العلب السفلية
أو ببساطة ، ثبت قطعة مخروط على نافذة الشاشة المعدنية داخل علبة ليس لها قعر ،و بالتالي تلمس قطرات المياه الشاشة و تمر خلالها .
تأكد من توسيط الشاشة عموديا داخل العلبة ، بحيث تكون نقطة المخروط لا تمتد قبل الشفة السفلية من العلبة .لا تدع المياه تتنقط على حافة العلبة ، حتى لاتحمل الشحنة بعيدا مع كل قطرة .
مع علبة الصيد الصغيرة و مضخة نافورة ، يمكنك اعادة توزيع النظام او يمكنك تجميع الاجزاء الاربعة في صف واحد ، للحصول على قطارة ماء ذات صف واحد ، اذهب الى
http://amasci.com/emotor/ikelv.html.
علما بأن نسخة الصف الواحد أكثر صعوبة من بناء مولد كيلفن .

الشكل . 5 جهاز الصف الواحد


امداد المياه لا يلزم أن يكون منقط او بجريان متصل ، يمكن أن يكون رذاذ بسرعة عالية طالما تقسم النفاثات المياه الى قطرات و يمكن استخدام نفاثات المياه المتعددة كدش الاستحمام و كلما زادت سرعة التدفق زاد عدد التيارات المنفصلة و كلما زاد التيار الاجمالي الخارج ( كلما كان التيار أعلى كلما كان معدل اعادة الشحن بعد الشرارة اسرع فيبدأ المولد بشكل أكثر موثوقية عند الرطوبة العالية )النسخة العملاقة
كنت أريد دوما بناء نسخة عملاقة مع ملفات دائرية معدنية مجوفة ( استخدم انصاف كرة بثقوب ) او ربما استخدام براميل معدنية سعة 55 جالون و لكن البراميل لها حواف حادة و نحن لا نستطيع تحقيق الملايين من الفولت إذا كانت الحواف حادة و ينبغي ان يدعم الانبوب المغطى بالفويل حوالي مليون فولت قبل ان يوقف تمنع هالة الهواء ارتفاع الجهد اكثر.

تشحن الشاشات المخروطية الشكل باقل لمسة من القطرات .
يجب أت تكون الشاشات عميقة داخل قتحة كل أنبوب حلقي بحيث يمكن للنتوء المستدير تلقي قطرات الماء المغادرة من المجالات الكهربية الموجودة في الخارج .

الشكل . 6 مولد كيلفن عملاق تم بناءه بانابيب من الانسجة المعدنية ( أو إطارات الانابيب الداخلية مغلفة بالالومنيوم فويل ) .

السرعة العالية للدش و الموصلات المربوطة عبرها مصنوعة من انابيب ذات قطر كبير سيستكمل المشهد أعلاه : بـ مولد فان دي جراف نسخة من مولد كلفن .

أخبار : انا علقت حوض طبيعي بخيوط الصيد ، و رش الماء من المنتصف بحيث لم يلمس الماء المعدن . انا استخدمت خرطوم حديقة مع " موجه مياة " (نوع من مرفق الدش) . شحنت الحوض ب 10 كيلو فولت باور سبلاي  و قيست التيار الكهربي بين الجامع و الارضي كان حوالي 2٫5 ميكروامبير ! لا يبدو هذا كثيرا لكنه ككمية بعض مولدات فان دي جراف .
لقد وجدت أنه إذا فصلت امداد الطاقة عن الحوض . لا يتلاشى التيار . الشحنة تبقى حوالى 30 ثانية كما شاهدت . و كان هذا في حالة الرطوبة العالية . خيط الصيد يجعل العازل جيد للغاية . ظل النظام يعمل حتى لمس الحوض باصبعي ، ثم اصبح التيار الكهربي من العلب الجامعة للمياه صفر .

تشغيل موتور
يمكن استخدام المولدات أعلاه لتشغيل محرك إذا كان المحرك هو my pop bottle  المحرك الكهروستاتيكي في 
http://amasci.com/emotor/emotor.html
أجد أن مولدات سقوط المياه الصغيرة هذه هي ضعيفة لتجعل المحرك يعمل باستمرار بدلا من ذلك انها تجعل النبض ابطأ . هي تراكم الشحنة الغيرمتوازنة ثم يبدا الموتور بالدوران و يلف عدة مرات و هذ يستنفد الشحنة الغير متوازنة ،  يقف الموتور ثم يتراكم مرة اخرى و يكرر . هذا يحدث عدة مرات في الدقيقة . ستحتاج مولد سقوط مياه اكبر إذا اردت تحرك الموتور باستمرار .
المنقطات المتعددة
وضعت منقطات متعددة للمولد و هذا يحسن الامور بشكل كبير .يستخدم افضل مولد العديد و العديد من المنقطات ، وبسقوط القطرات في اسرع وقت ممكن . لو استخدمنا مجموعة من فوهات التنقيط ، ربما تعمل الفوهات الداخلية كدروع كهربية لتلك الخارجية . هذا أمر سئ . لأن هذا سيمنع الفوهات الداخلية من رؤية علب المحثات , و لن تعمل قطرات مشحونة . لذلك ربما تكون دائرة من الفوهات أفضل
عملت ثمانية فتحات صغيرة في وعاء بلاستيك  أعطى هذا نتائج جيدة . و هناك نسخة من المولد متعدد المنقطات : استخدم علبة شوربة ، و اعمل فتحات في اسفلها باستخدام مسمار صغير .

تسريع اعادة الشحن
كلما كان المولد يفرغ شرارة .يفرغ حلقات المحث . و نتيجة لذلك ، يأخذ المولد الكثير من الوقت ليصل للجهد الكامل مرة آخرى . و هذا هو النمو الأسي . و انها بطيئة جدا في البداية .
هناك عدة طرق لحل هذه المشكلة ( أنا لم أجربها ، انت ستكون الاول ) .
 الحل الأول باضافة مقاومات كبيرة جداً في الأسلاك مع اسلاك المحث . ( كبية جدا=الاف من الميجا اوم ) ، بعد ذلك فقط فرغ الجامعات  و ليس المحثات . ستحافظ المقاومات على المحثات من التفريغ الفوري . اذا بقيت المحثات مشحونة سيعيد المولد الشحن بسرعة مع منحنى الجهد الخطي بدلا من المنحنى الاسي البطئ . المقاومات التي لها قيمة عالية غالية . لذلك ربما تحاول عمل المقومات الخاصة بك .استخدم شرائط من الورق مع الخطوط الدقيقة من الحبر الهندي (الحبر الهندي  هو كربون موصل)
احتمال آخر بدلا من استخدام المقاومات و بدلا من اضافة ثنائيات الجهد العالي . على سبيل المثال استخدم عدة ثنائيات الميكروويف  7٫000- فولت في سلسلة ، وجه قطبية الثنائيات لتسمح للمحثات ان تشحن لا لتفرغ  . 
الثنائيات في موصل واحد يجب ان يشير السهم لأعلى ، و في موصلات آخرى يشير السهم لأسفل .بهذه الطريقة تشحن الجوامع حلقات المحث و لكن عند تفريغ الاوعية الجامعة ستصبح الموحدات غير موصلة . فائض الشحنة على حلقة المحث سيصبح أعلى . أيضا إذا كنت تستخدم الثنائيات يمكنك تحديد قطبية المولد نظرا لأن المولد لن يعمل إذا عكست القطبية .
الطريقة الثالثة : اعمل مولد كبير و لكن لا تربط المحثات مع العلب الجامعة . ثم ابني مولد ثاني  و استخدمه لتشحن محث المولد الكبير و اترك الاجزاء المعدنية الاخرى بمفردها .
إذا اردت استخدام المولد لتشغيل محرك الكتروستاتيك ، استخدم الطريقة الثالثة .
ابني مولد منفصل لتشغيل المحثات للمولد الاكبر ، و بهذه الطريقة لا يمكن للموتور تقليل جهد المحث وجعل كل شئ يتوقف .


سحر : مضاد للجاذبية ؟
إذا عمل المولد الذي انشاته بشكل جيد ، سترى قطرات المياه الساقطة تبطئ و يزيد مسارها انحناءا  ! 
لا ، ليس هذا مضاد للجاذبية ، هذا فقط هو التنافر الكهربائي ، تتنافر الشحنات المتشابهة .
غرابة : مولدات عملاقة حقا  حقا 
في محادثة خاصة قال لي شخص ما أن هناك براءات اختراع  لمولد رياح تعتمد في مبادئها على مولد كلفن . 
بناء سواتر معدنية كبيرة متوازية عمودية في حجم قاعات السينيما . الشاشة  التي في عكس اتجاه الريح لديها شبكة خشنة ، و الشاشة التي في اتجاه الريح  لديها شبكة لجمع قطرات المياه . بتعليقها على العوازل التي هي جيدة بالنسبة للملايين من الفولتات . يتم شحن الشاشة المعاكسة للريح بالتيار الكهربي . و رش رذاذ ماء خفيف عليها و تسمح للرياح بدفع الرذاذ على الشاشة . الشاشة المعاكس للريح ستجذب شحنات غير متوازنة الى اعلى رشاش الماء ، و سيكون لقطرات الماء شحنات غير متوازنة بقطبية متعاكسة . ستأخذ الرياح مكان الجاذبية في مولد اللورد كيلفن .و تدفع الرياح المياه المشحونة الى الشاشة الثانية الناعمة . تلمس القطرات الشاشة و تتلقى شحنتها . تبطئ سرعة الرياح بسبب تنافر المياه . الشاشة المعاكسة لا تستخدم تيار  و الشاشة في اتجاه الريح تعطي عدة امبير بملايين الفولت من الجهد الكهربي ( مرات امبير ميجافولت تساوي ميجا وات ) . ببساطة التنازل عن ميجا فولت  dc و تحوبه الى ac ، مولد الرياح بدون اجزاء متحركة . العواصف الرعدية الصناعية يستفاد منها كمولد تجاري المدعوم من الرياح .
التصحيح
إذا كان المولد الخاص بك لا يعمل قد يكون ذلك بسبب الرطوبة العالية  ، أو مشكلة " حيرة " الجهاز في أي جانب يكون موجب والآخر سالب . القي نظرة عن ملاحظاتي عن الرطوبة في الرابط التالي http://amasci.com/emotor/statelec.html
يستخدم مولد كلفن فرق الجهد لعمل فرق جهد . إذا بدأ جهازك من الصفر ربما يأخذ دقيقة أو اثنين ليصل التراكم الى الحد الاقصى . لذلك  امسك جهاز مشحون بالقرب من العلب في أثناء سقوط الماء (عل سبيل المثال : بالون ، 2 زجاجة او باحتكاك  الستايروفوم بالشعر ) هذه الطريقة تعطي للمولد "ضربة بداية " .
يجب ان تكون المنقطات متعادلة كهربيا من خلال توصيلهم معا بسلك . لتتأكد من انها متعادلة وصلهم بالارض بسلك . 
يجب لهذه المنقطات ان تكون سريعة . عدة نقاط مياه في الثانية . اذا كانت المنقطات بطيئة جدا قد ينتج تيار قليل او قد لاينتج على الاطلاق .
لتنتج معدل تنقيط اسرع اعمل ثقب صغير في نهاية انابيب المياه . الشفاطات البلاستيك او الزجاج هي الطريقة النعتادة للقبام بذلك . 
أيضا ، سيعمل المولد افضل اذا كان بها عدة منقطات.
إذا كنت لاتستطيع تشغيل المولد ، هناك طريقة "للغش" . ضع قطعة من الالومنيوم فويل على شاشة التلفزيون ، و وصلها باحد المحثات و شغل التلفزيون . سيؤدي هذا لعمل  المولد أو مؤقتا على الأقل . لا تدع المياه بالقرب من التليفزيون !!! .

تجنب الخشب
مولدات كلفن يمكن ان تتسامح مع ارتفاع الرطوبة الى حد ما . احذر على الرغم من هذا . المواد التي تتميز بمساحة سطحية داخلية كبيرة مثل الخشب و القماش و الواح الخشب المضغوط عادة تمتص الرطوبة من الجو و تصبح موصلة قليلا . لذلك نفترض ان هذه المواد تشبه المعدن و تجنب استخدامها في انشاء الجهاز . يوفر الخشب مسار تسرب و يقلل الجهد العالي .
واحد مجرب وجد ان هذه المشاكل تحدث بسبب ربط العلب بالكتل العازلة الملصوقة بلوحة الخشب .
يجب ألا تكون الاطوال القصيرة من البلاستيك معزولة جيدا . و يجب ان يكون هناك مسار تسرب عبر البلاستيك من خلال الخشب . التحويل الى كل الدعامات البلاستيك  يحل مشكلتهم . 
إذا كانت صفائح الاكريليك مثل plexiglas (tm ) او perspex ™ غير متوفرة ، كتل ستايروفوم ضخمة تعمل جيدا . تجنب استخدام المواد اللاصقة السائلة مع الستايروفوم لأنها تجعلها تتفكك . يجب أن يكون البلاستيك نظيف . من الافضل استخدام بلاستيك جديد . اذا غسلت البلاستيك لا تستخدم صابون كثير لأن الصابون يمكن ان يشكل طبقة موصلة كهربيا . اغسل البلاستيك جيدا لازالة الصابون و بعد ذلك جففه بمجفف شعر كهربي ( و حاول ألا تعرض البلاستيك لكثير من الحرارة ) . 
خيط الصيد النايلون يعمل عزل جيد .و خصوصا اثناء الرطوبة العالية . الدعامات الطويلة الرفيعة جدا مثل خيط الصيد لها سطح صغير و مع ذلك تعطي تسرب تيار سطحي أقل من الدعامات السميكة أو اللوحات المسطحة  القصيرة .
لا تستخدم مسامير الربط او سلسة للدعم لأن هذة المواد تصبح موصلة جدا في حالة الرطوبة العالية .
إذا كانت الرطوبة عالية جداً ، حتى البلاستيك يمكن ان يكون موصل قليلا .
يمكن ان نعالج هذا مؤقتا باستخدام مجفف شعر لتجفيف اسطح البلاستيك . يتعرض البلاستيك للهواء الساخن لعدة دقائق  مع الحرص عل تسخنه كثيرا , جرب المولد مرة ثانية و ربما يعمل .
يجب لقطرات الماء الا تلامس المحثات يجب أن تمر القطرات خلالها . يجب ان  تتحرك القطرات بحرية أثناء وجودها داخل المحث . اذا كان التيار المائي مستمر ( ليس قطرات ) من المنقطات . حرك المنقطات لأعلى  للتأكد من  تباعد القطرات عن بعضها أثناء مرورها داخل المحثات .
ينبغي لقطرات المياه الا تلمس العلب الجامعة . للبدء ، ببساطة اسمح للعلب الجامعة ان تمتلئ بالمياه . و إذا كنت نجحت في الحصول على الشرارت من المولد . يمكنك محاولة استخدام مخاريط نافذة الشاشة (انظر اسفل ) .
للكشف عن أصغر عدم توازن في الشحنة , اعمل الحساس الكاشف للشحنة . الرابط التالي http://amasci.com/emotor/chargdet.html
هذا الجهاز سيكشف عن عدة مئات من الفولت من الجهد الكهروستاتيكي من على بعد من العلب . حساس جدا .
اقل شرارة لن تحدث حتى تصل العلب الى جهد كهربي 1000 فولت . و مع ذلك فإن أجهزة الاستشعار تكشف عن جهد اقل بحوالي عشر مرات .
مولد كيلفن يكمنه عمل فلاش كاشف للشحنة و لو من بعد اقدام .
لا تهمل خدعة البالون إذا كان جهازك لا يبدأ ذاتيا . ثم امسك بالون مشحون للحظات بالقرب من احدى العلب اثناء سقوط القطرات . ( تأكد من أن البالون مشحون فعلا ، قربه من شعرك بعد الاحتكاك ، أحيانا يمكن للرطوبة أحيانا ان تكون مرتفعة لدرجة ان البالون لن يكتسب اي شحنة ).
هناك طريقة بسيطة للكشف عن الشحن الكهروستاتيكي : ضع راديو am بالقرب من المولد ، غير المحطات  الى محطة غير موجودة ثم المس احدى العلب باصبعك . لو كان الجهاز يعمل و لو بسيط ، ستحدث شرارة غير مرئية . و لكن سيؤدي هذا إلى صوت نقرة عالي ! لو استخدمت سماعات راديو راسية ، ستمتد حواسك بحيث يمكنك سماع نبضات كهرومغناطيسية الناتجة عن أقل شرارة .
المصادر :
http://amasci.com/emotor/kelvin.html 
http://en.wikipedia.org/wiki/Kelvin_water_dropper