Pilhas de Combustível assistida por chama de combustão Caracterização e Modelo de Desenvolvimento Combustível para Micro-tubulares

O objetivo geral deste experimento de caracterização de combustão é desenvolver um modelo de exaustão de combustão misturando as espécies de exaustão de interesse para testar uma célula a combustível de óxido sólido na mistura. Este maxsold pode ajudar a responder a perguntas-chave em campos de células de combustível de óxido sólido, como se menos combustão rica está se formando em vez de reformador de combustível endotérmico. A principal vantagem dessa técnica é que podemos desenvolver um modelo de exaustão de combustão para testes de células de combustível sem realmente desenvolver um protótipo inteiro de queimador e célula de combustível.

A demonstração visual desse método é crítica, pois o procedimento de configuração experimental, as precauções de segurança e a solução de problemas podem ser difíceis de entender apenas lendo um manuscrito. Construa o aparelho de caracterização usando uma câmara de combustão preparada em uma bancada com fontes de ar e combustível de metano. Selecione os controladores de fluxo de massa com base nas taxas de fluxo previamente determinadas.

Para este experimento, use um controlador de 40 litros por minuto para metano. Use um controlador de 200 litros por minuto para ar. Em seguida, pegue o tubo de cobre e conecte-o à saída da fonte de metano.

A partir daí, conecte a tubulação ao controlador de fluxo de massa de combustível. Da mesma forma, conecte o controlador de fluxo de massa de ar à sua fonte. Por segurança, adicione uma válvula unidirecional após o controlador de fluxo de metano.

Oriente a válvula para permitir apenas o fluxo para longe do controlador e conecte-a à saída do controlador. Em seguida, use tubos de cobre para mesclar os fluxos do ar e os controladores de fluxo de combustível. Faça com que os fluxos dos controladores entrem em um conector T.

Como medidas de segurança adicionais, coloque um supressor de chamas e outra válvula unidirecional após o conector T. Nesta configuração, a válvula unidirecional é conectada primeiro ao conector T, orientada para permitir o fluxo para longe do conector T. O supressor de chamas é o próximo.

Nos tanques de origem dos gases, ajuste os reguladores para as pressões apropriadas. Para este experimento, isso é 138 quilopascal. De volta à bancada, obtenha uma solução de detecção de vazamento para testar toda a tubulação quanto a vazamentos.

Com os controladores de fluxo ligados, aplique a solução de detecção de vazamento com uma escova no tubo de cobre. Certifique-se de que não haja bolhas que indiquem um vazamento. Neste ponto, volte a atenção para a câmara de combustão e seu queimador conectado.

Esta câmara possui termopares do tipo K já instalados, com suas pontas no centro da câmara. As portas ao longo do comprimento da câmara acomodam tanto a análise de exaustão de combustão quanto os termopares. Monte os termopares usando conexões de compressão compatíveis com seu diâmetro.

Para adicionar um termopar, comece com a haste do encaixe de compressão que já está na parede da câmara. Coloque um feral de metal de alta temperatura apropriado na haste. Em seguida, abaixe a porca de compressão com uma sonda de termopar enfiada na haste.

Empurre a sonda do termopar até que sua extremidade esteja no centro da câmara. Em seguida, aperte a porca de compressão para vedar a câmara contra vazamentos desta abertura. Conecte os termopares à configuração do computador para aquisição e controle de dados.

Retorne para conectar a saída dos controladores de fluxo de massa ao queimador da câmara de combustão. Para isso, use tubos de cobre para enviar o fluxo da válvula unidirecional para a câmara de combustão. A adição final é o hardware para testar o escapamento, que já foi montado aqui.

Para isso, uma porta de exaustão na câmara permite que os gases fluam para a tubulação de cobre. Esta tubulação entra em uma válvula de três vias. Uma saída da válvula é a tubulação que leva a um cromatógrafo gasoso.

A outra saída é a tubulação que vai para uma seringa de 25 mililitros usada para puxar e redirecionar o escapamento. A configuração agora pode ser usada para caracterização. Antes de testar, prepare a seringa e a válvula de três vias.

Primeiro, empurre o êmbolo da seringa totalmente. Em seguida, certifique-se de que a válvula de três vias esteja aberta no lado da porta de escape. Vá para o computador para iniciar o fluxo de combustível e ar e iniciar a coleta de dados.

Inicie o fluxo de ar e o fluxo de metano usando uma mistura rica para facilitar a ignição. Pegue um isqueiro de butano e vá para o final da câmara de combustão. Quando for seguro fazê-lo, acenda a mistura.

Antes de prosseguir, execute uma verificação visual para certificar-se de que a chama se estabilizou na frente do queimador. Esta chama está mudando à medida que o fluxo de ar é ajustado lentamente para o valor desejado para evitar extinguir a chama. Enquanto isso, monitore as temperaturas do termopar e registre os dados de temperatura quando as temperaturas se estabilizarem.

Agora, vá para a seringa conectada à válvula de três vias. Puxe o êmbolo para trás para extrair o gás residual e a exaustão da porta de exaustão. Use a válvula de três vias para abrir o lado do cromatógrafo de gás e feche o lado da porta de exaustão.

Continue empurrando o êmbolo até que todo o escapamento tenha sido enviado para o cromatógrafo de fase gasosa. Retorne a válvula para permitir que a seringa extraia mais gás residual e escape. Continuar a extrair o gás e a injectá-lo no cromatógrafo de fase gasosa até que todos os gases residuais sejam removidos.

Quando todos os gases residuais tiverem sido removidos, extrair uma amostra final de gases de escape para análise. Gire a válvula de três vias e empurre os gases de escape para o cromatógrafo de gás. Efectuar a análise do cromatógrafo de fase gasosa e registar os dados.

Continue escolhendo outra taxa de fluxo de ar e repetindo a análise para a nova proporção de equivalentes. Esses resultados para a análise do equilíbrio químico do metano e da combustão do ar fornecem as previsões de equilíbrio termodinâmico da composição dos gases de escape em diferentes proporções equivalentes. O eixo vertical esquerdo é para a porcentagem de volume de gás nitrogênio, plotado em preto.

O eixo vertical direito fornece a escala de porcentagem de volume para os produtos de exaustão e outras moléculas. Essa análise não corresponderá necessariamente aos dados do experimento perfeitamente, mas deve indicar as tendências esperadas e a magnitude dos resultados. Os dados iniciais do experimento para a câmara de combustão não seguiram as tendências esperadas da análise de equilíbrio químico.

Por exemplo, os dados moleculares de oxigênio em vermelho sugerem uma alta concentração em altas taxas de equivalência em comparação com baixas taxas de equivalência. Esta é uma possível indicação de mistura incompleta ou refluxo na câmara de combustão, que outros dados corroboraram. Quando o refluxo é identificado e prevenido, os dados foram mais consistentes com as tendências esperadas da análise do equilíbrio químico.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como caracterizar um escapamento de combustão e construir um modelo de exaustor de combustão para testes de células de combustível. Não se esqueça que trabalhar com combustão pode ser extremamente perigoso e precauções como corta-chamas, válvulas unidirecionais e outros equipamentos de proteção individual devem sempre ser usados durante a execução deste procedimento. Seguindo este procedimento, outros métodos, como a integração de uma célula de combustível e um queimador, podem ajudar a responder a perguntas adicionais sobre estabilidade de desempenho a longo prazo, deposição de carbono e eficiência total do sistema da célula de combustível assistida por chama.