Caracterización y la combustión de combustible Modelo de Desarrollo para la Micro-tubulares de llama con ayuda de Pilas de Combustible

El objetivo general de este experimento de caracterización de la combustión es desarrollar un modelo de escape de combustión mezclando las especies de escape de interés para probar una pila de combustible de óxido sólido en la mezcla. Este maxsold puede ayudar a responder preguntas clave en los campos de las pilas de combustible de óxido sólido, como si se está formando una combustión menos rica en lugar de un reformador de combustible endotérmico. La principal ventaja de esta técnica es que podemos desarrollar un modelo de escape de combustión para pruebas de pilas de combustible sin tener que desarrollar realmente un prototipo completo de quemador y pila de combustible.

La demostración visual de este método es fundamental, ya que el procedimiento de configuración experimental, las precauciones de seguridad y la resolución de problemas pueden ser difíciles de entender leyendo solo un manuscrito. Construya el aparato de caracterización utilizando una cámara de combustión preparada en un banco con fuentes de aire y combustible de metano. Seleccione los controladores de caudal másico en función de los caudales previamente determinados.

Para este experimento, utilice un controlador de 40 litros por minuto para el metano. Utilice un controlador de 200 litros por minuto para el aire. A continuación, obtenga un tubo de cobre y conéctelo a la salida de la fuente de metano.

Desde allí, conecte la tubería al controlador de flujo másico de combustible. Del mismo modo, conecte el controlador de flujo másico de aire a su fuente. Por seguridad, agregue una válvula unidireccional después del controlador de flujo de metano.

Oriente la válvula para permitir solo el flujo lejos del controlador y conéctela a la salida del controlador. A continuación, use tubos de cobre para fusionar los flujos del aire y los controladores de flujo de combustible. Haga que los flujos de los controladores ingresen a un conector T.

Como medida de seguridad adicional, coloque un supresor de llamas y otra válvula unidireccional después del conector T. En esta configuración, la válvula unidireccional se conecta primero al conector T, orientada para permitir el flujo lejos del conector T. El supresor de llamas es el siguiente.

En los tanques de origen de los gases, ajuste los reguladores a las presiones adecuadas. Para este experimento, son 138 kilopascales. De vuelta en el banco, obtenga una solución de detección de fugas para probar todos los tubos en busca de fugas.

Con los controladores de flujo encendidos, aplique la solución de detección de fugas con un cepillo sobre la tubería de cobre. Asegúrese de que no haya burbujas que indiquen una fuga. En este punto, preste atención a la cámara de combustión y su quemador adjunto.

Esta cámara tiene termopares de tipo K ya en su lugar, con sus puntas en el centro de la cámara. Los puertos a lo largo de la longitud de la cámara acomodan tanto el análisis de escape de combustión como los termopares. Monte los termopares utilizando accesorios de compresión adaptados a su diámetro.

Para agregar un termopar, comience con el vástago del accesorio de compresión que ya está en la pared de la cámara. Coloque un feral metálico de alta temperatura apropiado en el tallo. A continuación, baje la tuerca de compresión con una sonda de termopar enroscada a través de ella en el vástago.

Empuje la sonda del termopar hasta que su extremo esté en el centro de la cámara. A continuación, apriete la tuerca de compresión para sellar la cámara contra las fugas de esta abertura. Conecte los termopares a la configuración de la computadora para la adquisición y el control de datos.

Vuelva a conectar la salida de los controladores de flujo másico al quemador de la cámara de combustión. Para esto, use tubería de cobre para enviar el flujo desde la válvula unidireccional a la cámara de combustión. La última adición es el hardware para probar el escape, que ya se ha ensamblado aquí.

Para ello, un puerto de escape en la cámara permite que los gases fluyan hacia el tubo de cobre. Este tubo entra en una válvula de tres vías. Una salida de la válvula es un tubo que conduce a un cromatógrafo de gases.

La otra salida es un tubo que va a una jeringa de 25 mililitros que se usa para extraer y redirigir los gases de escape. La configuración ahora se puede utilizar para la caracterización. Antes de la prueba, prepare la jeringa y la válvula de tres vías.

Primero, empuje el émbolo de la jeringa completamente hacia adentro. Luego asegúrese de que la válvula de tres vías esté abierta en el lado del puerto de escape. Muévase a la computadora para iniciar el flujo de combustible y aire e iniciar la recopilación de datos.

Inicie el flujo de aire y el flujo de metano utilizando una mezcla rica para facilitar la ignición. Consigue un encendedor de butano y muévete al final de la cámara de combustión. Cuando sea seguro hacerlo, encienda la mezcla.

Antes de continuar, realice una verificación visual para asegurarse de que la llama se haya estabilizado en el frente del quemador. Esta llama cambia a medida que el flujo de aire se ajusta lentamente al valor deseado para evitar apagar la llama. Mientras tanto, monitoree las temperaturas del termopar y registre los datos de temperatura cuando las temperaturas se estabilicen.

Ahora, vaya a la jeringa conectada a la válvula de tres vías. Tire del émbolo hacia atrás para extraer el gas residual y el escape del puerto de escape. Utilice la válvula de tres vías para abrir el lado del cromatógrafo de gases y cerrar el lado del puerto de escape.

Continúe empujando el émbolo hasta que todos los gases de escape se hayan enviado al cromatógrafo de gases. Vuelva a colocar la válvula para permitir que la jeringa extraiga más gases residuales y escapes. Continúe extrayendo gas e inyectándolo en el cromatógrafo de gases hasta que se eliminen todos los gases residuales.

Cuando se hayan eliminado todos los gases residuales, extraiga una muestra de escape final para su análisis. Gire la válvula de tres vías y empuje los gases de escape hacia el cromatógrafo de gases. Realice el análisis del cromatógrafo de gases y registre los datos.

Continúe eligiendo otro caudal de aire y repitiendo el análisis para la nueva relación de equivalentes. Estos resultados para el análisis del equilibrio químico del metano y la combustión del aire proporcionan las predicciones de equilibrio termodinámico de la composición de los gases de escape en diferentes proporciones equivalentes. El eje vertical de la izquierda es para el porcentaje de volumen de gas nitrógeno, trazado en negro.

El eje vertical derecho proporciona la escala de porcentaje de volumen para los productos de escape y otras moléculas. Este análisis no necesariamente coincidirá perfectamente con los datos del experimento, pero debe indicar las tendencias esperadas y la magnitud de los resultados. Los datos iniciales del experimento para la cámara de combustión no siguieron las tendencias esperadas del análisis de equilibrio químico.

Por ejemplo, los datos de oxígeno molecular en rojo sugieren una alta concentración con altas relaciones de equivalencia en comparación con bajas relaciones de equivalencia. Se trata de un posible indicio de mezcla incompleta o reflujo en la cámara de combustión, lo que corroboraron otros datos. Cuando se identifica y previene el reflujo, los datos fueron más consistentes con las tendencias esperadas del análisis de equilibrio químico.

Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo caracterizar un escape de combustión y construir un modelo de extractor de combustión para pruebas de celdas de combustible. No olvide que trabajar con combustión puede ser extremadamente peligroso y siempre se deben usar precauciones como supresor de llamas, válvulas unidireccionales y otros equipos de protección personal mientras se realiza este procedimiento. Siguiendo este procedimiento, otros métodos, como la integración de una pila de combustible y un quemador juntos, pueden ayudar a responder preguntas adicionales sobre la estabilidad del rendimiento a largo plazo, la deposición de carbono y la eficiencia total del sistema de la pila de combustible asistida por llama.