Un experimento de compresión uniaxial con carbón de CO₂mediante un sistema de prueba de acoplamiento de gas sólido de volumen fijo y de volumen constante

Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo del secuestro geológico de dióxido de carbono y la recuperación de metano carbonizado sobre la relación entre las propiedades del carbón y la adsorción de gas. La principal ventaja de esta técnica es que la carga estática y dinámica se puede aplicar en la briqueta en estado de volumen constante y todo el proceso del experimento se visualiza mediante la monitorización fotográfica. No existe un requisito particular para la especie de la muestra, por lo tanto, este método puede aplicarse a las pruebas mecánicas de cualquier roca porosa.

Para empezar, pesa 1000 gramos y 300 gramos de carbón pulverizado con una distribución de tamaño de partícula de cero a un milímetro y de uno a tres milímetros respectivamente. Ponlos juntos en un vaso de precipitados en una proporción de masa de 0.76 a 0.24 y usa una varilla de vidrio de seis milímetros de diámetro para mezclarlos bien. Para preparar el cemento, poner cuatro gramos de polvo de humato de sodio en un vaso de precipitados y añadir aproximadamente 96 milímetros de agua destilada.

Use una varilla de vidrio para agitarlos y asegúrese de que todo el humato de sodio esté bien disuelto. A continuación, mezcle 230 gramos de polvo de carbón mezclado y 20 gramos de solución de humato de sodio en un vaso de precipitados. Para producir una briqueta de tamaño estándar recubrir la superficie interior de las herramientas de modelado con aceite lubricante.

Ensamblar componentes de la herramienta Placa inferior, cuerpo principal y anillo y llenar el agujero con 250 gramos de material mezclado. Coloque el pistón de prensa en la parte superior del material mezclado y coloque todas las piezas debajo del pistón de una máquina de prueba universal servohidráulico electrohidráulico. Inicie el software WinWdw para controlar la máquina de prueba universal servohidráulico electrohidráulico.

En el software, haga clic en el rango de fuerza para establecer la fuerza máxima en 50 kilonewtons y haga clic en reset para borrar el valor de desplazamiento. Haga clic con el botón izquierdo en la opción forzar el control de carga. Establezca la relación de movimiento en 0,1 kilonewtons por segundo.

Establezca el valor de fuerza objetivo en 29,4 kilonewtons y el tiempo de retención en 900 segundos. A continuación, haga clic en iniciar. Después de que saque las herramientas de modelado e invierta en una placa de goma.

Utilice un martillo de goma para desmontar los componentes de la herramienta en el orden de la parte inferior a la parte superior. Ponga la briqueta en una incubadora de 40 grados Celsius durante 48 horas. En primer lugar, fije la puerta trasera del recipiente visualizado con pernos de alta resistencia.

Conecte el ordenador, la caja de adquisición de datos y el sensor de presión de gas integrado a la puerta trasera. Para adquirir los datos de presión de gas en el recipiente visualizado, inicie el software Data Acquisition Sensor. En el software, haga clic en iniciar.

Abra la válvula V1 y cierre V2, V3 y V4 para aspirar la cámara del recipiente visualizado. Después de 30 minutos apague el V1 y la bomba de vacío. Abra V2 y el tanque de gas con helio.

Utilice la válvula reductora de presión manual para ajustar la presión de salida del tanque de gas. Observe cuidadosamente la curva de presión de gas que se muestra en el sensor de adquisición de datos 16. Cuando llegue a unos dos megapascales apague el V2 y el tanque de gas.

A continuación, en el ordenador, inicie el software WinWdw para medir la fuerza de fricción del pistón de carga que se mueve hacia abajo en la máquina de prueba. En el software, haga clic en el rango de fuerza para establecer la fuerza máxima en cinco kilonewtons y haga clic en reset para borrar el valor de desplazamiento. Haga clic con el botón izquierdo en la velocidad de carga de desplazamiento de la opción y establezca la relación de movimiento en un milímetro por minuto.

El clic en el inicio. Abra V4 y descargue el helio en el aire. Desmontar la puerta trasera del recipiente visualizado y cerrar V4. Mida la altura y el diámetro de la bleta utilizando una pinza vernier con una precisión de 0,02 milímetros.

Pesar la masa de la briqueta utilizando una báscula electrónica con una precisión de 0,01 gramos. Instale el rodillo de cadena del aparato de prueba de deformación circunferencial alrededor de la posición media de la briqueta y fije el soporte de la abrazadera. Conecte el sensor con la caja de adquisición de datos a través del conector de aviación en el recipiente visualizado y colóquelos debajo del pistón de carga.

Para garantizar la precisión de la adquisición de datos, ajuste el rodillo de cadena y la superficie superior de la briqueta para que sean paralelos al pistón de carga. A continuación, inicie WinWdw para controlar la máquina de pruebas universal. En el software, haga clic con el botón izquierdo en la tasa de carga de desplazamiento de la opción.

Establezca la relación de movimiento en 10 milímetros por minuto. En el mando a distancia, pulse el botón de abajo de la máquina de pruebas universal hasta que la distancia que queda entre el pistón y la briqueta sea de aproximadamente uno a dos milímetros. A continuación, monte la puerta trasera del recipiente visualizado.

Vacíe la cámara del recipiente visualizado como se ha indicado anteriormente. Siguiente V3 abierto y el tanque de gas de dióxido de carbono a la pureza 99.99%Utilice el valor de reducción de presión manual para ajustar la presión de salida del tanque de gas. Observe cuidadosamente la curva de presión de gas mostrada en el sensor de adquisición de datos 16.

Cuando se acerque lo suficiente al valor objetivo, cierre V3 y el tanque de gas. Después de 24 horas de tiempo de adsorción, la curva de presión del gas se mantiene estable y la briqueta ha alcanzado su estado de equilibrio dinámico de adsorción y desorción. Coloque una cámara con un trípode junto a la ventana del recipiente visualizado y ajuste la altura y el ángulo para asegurarse de que la imagen de la muestra se muestra en el centro de la pantalla de la cámara.

Inicie el software SDU Deformation Acquisition v2.0 para supervisar la deformación circunferencial de la briqueta. Haga clic en inicio. En WinWdw haga clic en la nueva muestra y escriba la altura y el diámetro de la briqueta.

Haga clic en el área seccional y luego haga clic en confirmar. Haga clic en el rango de fuerza para establecer la fuerza máxima en cinco kilonewtons y haga clic en reset para borrar el valor de desplazamiento. Haga clic con el botón izquierdo en la velocidad de carga de desplazamiento de la opción y establezca la relación de movimiento en un milímetro por minuto.

Haga clic en comenzar para comprimir la muestra. Al mismo tiempo, pulse el botón de inicio de la cámara para comenzar la grabación de vídeo. Cuando el ejemplo falla totalmente, haga clic en stop y los datos guarden en WinWdw y SDU Deformation Acquisition v2.0.

A continuación, vuelva a pulsar el botón de inicio de la cámara para detener la grabación de vídeo. Abra el V4 para liberar dióxido de carbono en la cámara del recipiente y desmonte la puerta trasera del recipiente. Desconecte los conectores de aviación para el sensor de presión de gas y el aparato de prueba de deformación circunferencial.

Haga clic izquierdo en la velocidad de carga de desplazamiento de la opción en WinWdw, establezca la relación de movimiento en 10 milímetros por minuto. Pulse el botón hacia arriba del mando a distancia de la máquina de pruebas universal. Cuando el pistón de carga del recipiente está alrededor de dos a tres milímetros por encima de la briqueta, saque la briqueta y retírela del rodillo de cadena.

Desmontar la herramienta de conexión entre los pistones y utilizar una aspiradora para limpiar el recipiente visualizado. En este experimento, la prueba de adsorción isotérmica demostró una capacidad similar para la adsorción de gas metano entre el carbón crudo y la briqueta. La fuerza de las muestras de briqueta utilizadas en la prueba tuvo cierta fluctuación, pero fue bastante leve y tuvo poca influencia en el análisis de los resultados experimentales.

Cuando bajo diferentes presiones de dióxido de carbono, que van desde cero a dos megapascales, las curvas de tensión axiales mostraron fases obvias de compactación, elasticidad y deformación plástica. A medida que la presión de dióxido de carbono aumentó la resistencia máxima de la muestra de carbón disminuyó, donde mostró una relación no lineal. El módulo elástico disminuyó bajo la condición saturada de dióxido de carbono y que la relación entre el módulo elástico disminuyó y la presión del gas también fue no lineal.

Las imágenes obtenidas a través de la cámara recorren la evolución de la fractura en la superficie de la muestra, bajo diferentes presiones de dióxido de carbono. El método de dimensión de recuento de cajas se adoptó para describir la característica de fracturas en estado de falla bajo diferentes presiones de dióxido de carbono. Los coeficientes de correlación entre el número de caja y la longitud lateral fueron todos más de 0,95.

Los valores de la dimensión fractal eran proporcionales a los de la presión de dióxido de carbono y su tendencia indicaba similitud con la del grado de daño al cuerpo de carbón. Lo más importante es tener una buena comprensión del procedimiento de prueba y cierta experiencia en experimentos de mecánica de roca y operación de gas de alta presión. Después de su mejora, esta técnica puede proporcionar una manera para el estudio de medios porosos y el efecto de acoplamiento de gas bajo estado de carga uniaxial o triaxial.

Debido a que los tanques de gas de alta presión se utilizan en esta técnica, las personas necesitan operar cuidadosamente durante el llenado y liberación de gas.