Name: Pilhas de Combustível assistida por chama de combustão Caracterização e Modelo de Desenvolvimento Combustível para Micro-tubulares (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-10-02T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 16 s
Description: Aprenda a caracterizar exaustos de combustão para testar células de combustível de óxido sólido usando ar e metano. Este método simplifica a pesquisa energética sem protótipos completos.

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Este trabalho é apoiado por um acordo com a Syracuse University concedido pelo Syracuse Center of Excellence in Energy and Environmental Systems com financiamento sob o número de prêmio principal DE-EE0006031 do Departamento de Energia dos EUA e financiamento correspondente sob o número de prêmio 53367 da Autoridade de Pesquisa e Desenvolvimento de Energia do Estado de Nova York (NYSERDA), contrato 61736 da NYSERDA, e um prêmio da Divisão de Ciência, Tecnologia e Inovação (NYSTAR) do Empire State Development por meio do Centro de Excelência de Syracuse, sob o número de prêmio #C120183. Este trabalho é apoiado pelo Programa de Bolsas de Pesquisa de Pós-Graduação da National Science Foundation sob a concessão nº 1247399.

1. Cálculos de combustão <ol><li> Escolha de combustível para análise. Aqui, escolha metano como combustível de referência, mas os princípios são transferíveis para outros combustíveis de hidrocarbonetos. </li><li> Com um mole de metano como o combustível, o equilíbrio equação (1) para a combustão estequiométrica para obter a equação (2). <img alt="equação 1" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq1.jpg" /> <img alt="equação 2" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq2.jpg" /></li><li> Calcula-se a relação de ar-combustível estequiométrica para (F / A stoich.) Como na equação 3 para a combustão do metano por divisão da massa de metano pela massa de ar. Para calcular, o numerador é o número de moles de metano vezes a massa molar de metano (16 g · mol-1) e o denominador é o número de moles de oxigénio vezes a massa molar do oxigénio (32 g · mol -1) mais o número de moles de azoto vezes a massa molar de azoto (28 g · mol -1). <img alt="equação 3"src = &quot;/ files / ftp_upload / 54638 / 54638eq3.jpg&quot; /&gt; </li><li> A fim de variar a relação de equivalência (equação 4), quer variar a taxa de fluxo de ar, a taxa de fluxo de combustível ou ambos simultaneamente. Normalmente, corrigir uma das quantidades e variar o outro. Determinar se fixa a taxa de fluxo de combustível ou ar para o queimador. Para esta experiência, fixar a taxa de fluxo de combustível a 10 L / min e permitem que a taxa de fluxo de ar para variar nesta configuração. <img alt="equação 4" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq4.jpg" /></li><li> Com a taxa de fluxo de combustível, F, fixo (10 L / min), F / A estóica. calculada (0,0583), e dada a definição da relação de equivalência, calcular a taxa de fluxo de ar, um, para cada relação de equivalência a ser testado. A equação (5) fornece um modo directo de calcular a taxa de fluxo de ar em litros / minuto para cada relação de equivalência e os resultados são apresentados para uma razão equivalente de 1 para estequiometria. <img alt="equação 5" src="/files/ftp_upload/54638/54638eq5.jpg" /> NOTA: O flamm superiorlimite de capacidade (ou limite superior de explosão), é a razão de equivalência mais rico que pode ser queimado sem têmpera a chama na ausência de um catalisador. relações de equivalência mais elevadas podem ser obtidas com o uso de um catalisador, mas apenas de combustão catalítica não é descrito neste trabalho. Consulte a literatura para avaliar o limite de inflamabilidade superior para o combustível escolhido. </li></ol> Setup 2. Combustion Caracterização Experimental <ol><li> Escolha controladores de fluxo de massa (MFCs) para o metano e o ar com base nas taxas de fluxo obtidas no passo 1.5. Tenha cuidado ao selecionar um tamanho MFC para garantir que o MFC não estará operando na extremidade baixa de sua escala (&lt;10% do valor final) durante o teste. Para este caso específico, use 40 L / min e 200 l / min CFM para o metano e ar, respectivamente. </li><li> Ligue os MFCs para os tanques de metano e ar através de tubos de cobre. </li><li> Defina os reguladores sobre as metano e ar tanques à pressão adequada para o MFC, conforme especificadopelo fabricante. Neste caso, ajustar a pressão a 138 kPa (20 psi). </li><li> Calibrar os MFCs para garantir taxas de fluxo precisas. </li><li> Construir a câmara de combustão. Para esta experiência, desenvolver uma câmara de combustão 914 mm de comprimento com um diâmetro de saída 168 milímetros. <ol><li> portos de broca para análise de escape de combustão e para a colocação do termopar ao longo do comprimento da câmara de combustão. O número exacto e o espaçamento necessário depende do tamanho da chama e os objectivos do ensaio. Para esta configuração, espaço os 5 primeiros colocados termopares mais próximo à região de combustão 7 mm. Espaço do final de 6 termopares 14 mm. Use o mesmo espaçamento para as portas de escape. </li><li> Insira os termopares tipo K na câmara de combustão através dos orifícios da porta. Alinhar a ponta do termopar no centro da câmara de combustão. Tamanho dos orifícios da porta para se ajustar ao termopar e selar com ponteiras de metal de alta temperatura e porcas para evitar fugas. </li></ol></li><li> Connect as do tipo K termopares diretamente para o módulo de aquisição de dados. </li><li> Ligue o módulo de aquisição de dados para o computador através do drive USB. </li><li> Anexar uma válvula de uma via no percurso tubo de cobre imediatamente após o MFC combustível e imediatamente antes do queimador. Orientar a válvula de modo que o fluxo só pode afastar-se o MFC. As válvulas de sentido único são um importante recurso de segurança para evitar flash back. </li><li> Verifique a tubulação de cobre antes e após a instalação do MFC se há vazamentos. Use água e sabão aplicada com uma escova para a tubulação para detectar vazamentos como vazamentos criaria bolhas. </li><li> Ligue a câmara de combustão e queimador para os controladores de fluxo de massa através de tubos de cobre. </li><li> Após concluir a configuração da câmara de combustão, selecione uma das portas de escape para o teste. Ligar esta porta para tubos de cobre que se estende até à porta análise por CG. </li><li> Selecione uma seringa para puxar o escape da câmara de combustão e depois empurrá-lo para o GC para análise. Para esta experiência, usar um25 ml de uma seringa. </li><li> Coloque uma válvula de três vias em linha com a tubagem de cobre que liga o orifício de escape para o GC. Conectar uma extremidade da válvula de duas vias para a GC, a segunda para a abertura de escape e a terceira para a seringa de 25 ml. Conecte o tubo de cobre para a válvula de 3 vias. Use a seringa para sugar escape de combustão da câmara e, em seguida, empurrá-lo para o GC para análise. </li><li> Ligue a válvula de 3 vias para o GC e seringa. Accionar o êmbolo da seringa para garantir um funcionamento bem sucedido. NOTA: Um diagrama esquemático simplificado da configuração é mostrado na Figura 1. </li></ol><img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/54638/54638fig1.jpg" /> Fluxos Figura 1. Caracterização de combustão experimental configuração esquemática. Caracterização Combustion configuração experimental mostrando esquemática de combustível, ar e escape (setas pretas) e fluxos de dados (setas vermelhas). válvulas de sentido único são usados ​​para prevenir flash back. <ahref = &quot;https://www.jove.com/files/ftp_upload/54638/54638fig1large.jpg&quot; target = &quot;_ blank&quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. 3. Combustão Caracterização Experiment <ol><li> Antes do teste, empurrar o êmbolo da seringa no total e abrir a válvula de três vias no lado da porta de escape. </li><li> Ligue o MFC ar em primeiro lugar a um caudal de 86,5 l / min. </li><li> Ligue metano MFC a uma taxa de fluxo de 10 L / min. Isto cria uma relação de equivalência previamente misturada de 1,10, uma mistura ligeiramente rica, que é mais fácil de inflamar. </li><li> Vire termopares no através do módulo de computador para começar a gravação de dados. </li><li> Inflamar-se a mistura no fim da câmara de combustão usando um isqueiro de butano. Após a ignição, a chama deve estabilizar-se em frente do queimador. </li><li> Ajustar a relação de equivalência, ajustando a taxa de fluxo de ar lentamente a partir do valor inicial de 86,5 L / min para o valor desejado. Tome cuidado para não se mover muito rapidamente ou ir para fora do flammablimites ility que causariam extinção da chama. </li><li> Grave a leitura da temperatura em um arquivo de dados após os termopares temperaturas estabilizam. </li><li> Uma vez mais, puxar o êmbolo da seringa para extrair o escape de combustão a partir da abertura de escape. </li><li> Depois de extrair os gases de escape de combustão, abrir a válvula de três vias para o lado do GC e fechar o lado da porta de escape. </li><li> Empurre o êmbolo da seringa até que se fecha completamente e todos os gases de escape foi enviado para o GC. </li><li> Repita os passos 3,8-3,10 até que todos os gases residuais do tubo de cobre ligar a porta para a GC é removido. Uma análise simples do volume interno do tubo de cobre em relação ao volume da seringa irá indicar quantas vezes os passos 3,8-3,10 necessidade de ser repetido. </li><li> Depois de remover todos os gases residuais na tubulação extrair uma amostra de escape final para análise. Empurrar o gás de escape para o GC e virar o GC para o modo de análise de 7,17. </li><li> Grave os dados do GC por salvaros dados da análise de CG. </li><li> Repita os passos 3,1-3,13 até que todas as relações de equivalência desejados são testados. </li></ol> 4. Desenvolvimento do escape Modelo Combustion <ol><li> Traça-se a porcentagem de volume espécies de escape de combustão para observar as tendências. </li><li> Determinar o valor de concentração de corte para a exaustão do modelo de combustão. No desenvolvimento de um modelo de combustível de escape de combustão para análise inicial MT-FFC, apenas os componentes que aparecem nas proporções significativas (&gt; 1%) são incluídos no modelo de combustível. </li><li> Para o combustível modelo de selecionar apenas aqueles relações de equivalência que geram hidrogênio significativa e monóxido de carbono (&gt; 1% para cada componente) nos gases de escape. </li><li> Grave a percentagem do volume para cada um dos componentes do gás de escape reunião os critérios de 4.3. </li></ol> Setup Testing celular 5. Combustível <ol><li> Determinar os intervalos de taxas de fluxo para cada gás. Multiplicar a percentagem do volume obtido a partir dos resultados da análise de GC por tele taxa total de fluxo dos gases de escape de combustão modelo desejado dentro de cada célula de combustível. </li><li> Avaliar a gama de taxas de fluxo para cada espécie de escape de combustão para determinar o fluxo máximo e mínimo para cada espécie. </li><li> Seleccionar medidores de caudal de acordo com os mesmos princípios descritos no passo 2.1. </li><li> Construir o aparelho de ensaio, anexando os medidores de fluxo para os tanques de gás através de tubos de cobre. </li><li> Defina os reguladores de pressão de gás para o valor prescrito para os medidores de fluxo. </li><li> Coloque válvulas de sentido único no caminho do tubo de cobre a jusante de cada medidor de fluxo utilizando um gás combustível. </li><li> Ligue todas as portas de saída do medidor de fluxo em conjunto através de tubos de cobre e um manifold. </li><li> Definir o micro-SOFC tubular no interior do tubo de aço com um diâmetro interno apenas maior do que o diâmetro externo da célula de combustível. Selar a célula de combustível para o tubo de aço, utilizando adesivo de cerâmica. </li><li> Conecte o tubo de aço com micro-tubular SOFC a um pedaço de cerâmica refratária material para segurar a pilha de combustível no forno. </li><li> Utilizar a técnica 10,11 4 sonda com fios de coleta e senso de tensão de corrente conectada à SOFC micro-tubular com 2 fios no ânodo e 2 fios no cátodo. Certifique-se que os fios não se cruzam calções criando. </li><li> Ligue os quatro fios para as quatro sondas do potenciostato 10,11. </li><li> Ligue o potenciostato para o computador 10,11. </li><li> Colocar um termopar no forno com a ponta tocar o exterior do electrólito 10,11 SOFC micro-tubulares. </li><li> Ligue fios de termopares para o módulo de aquisição de dados. </li><li> Ligue o módulo de aquisição de dados para o computador através da porta USB. NOTA: A Figura 2 é um diagrama esquemático simplificado que mostra a configuração de teste MT-FFC. Com o combustível modelo desenvolvido e a configuração estabelecida para controlar o fluxo de combustível para o modelo de célula de combustível, o teste pode prosseguir de acordo com a f convencionaluel métodos de ensaio celular. Estes métodos são bem conhecidos na literatura e não serão repetidas aqui. </li></ol><img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/54638/54638fig2.jpg" /> Figura 2. Micro-tubular assistida por chama esquemática configuração de teste de célula de combustível. Os fluxos de H 2, CO, CO 2, N 2 (setas pretas) são reguladas com um MFC e uma válvula unidirecional para evitar flash back. fluxo de elétrons (linha verde) do SOFC na fornalha ao potenciostato e volta para a SOFC. Fluxo de dados de termopares e os dados eletroquímico é representado por setas vermelhas. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54638/54638fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

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</ol>

Os autores não têm nada a divulgar.

O protocolo discutido aqui é uma ponte importante entre a investigação caracterização de combustão anterior e testes de célula de combustível. O uso da combustão de combustíveis reforma e testes de célula de combustível tem sido aplicado há vários anos em DFFC setups 10-15. No entanto, a caracterização do processo de combustão em DFFCs é principalmente preocupado com a caracterização no local da composição de chama 16 e utiliza uma MS 8. Como o DFFC é aberto para o ambi...

células de combustível de óxido sólido (SOFC) inovações foram relatados nos últimos anos, a tecnologia continua a desenvolver. Entre as muitas vantagens, SOFCs se tornaram conhecidos por eficiência de combustível de alta, baixas emissões e flexibilidade de combustível moderado em comparação com outras técnicas de geração de energia de combustão com base 1. Além disso, SOFCs são escaláveis ​​permitindo alta eficiência de combustível, mesmo em pequenas escalas. Infelizmente, as limitações na infra-estrutura de hidrogênio atual criaram uma necessidade de sistemas de combustível reforma que muitas vezes são ineficientes. Um desenvolvimento recente é o assistida por chama célula de combustível micro-tubular (MT-FFC) relatou em trabalhos anteriores do autor 2. O MT-FFC é o primeiro exemplo de uma célula de combustível assistida por chama (FFC) que se baseia nos benefícios da célula original de combustível chama directa (DFFC), que prevê a geração de calor e combustível reforma através de combustão 3. A configuração DFFC coloca uma SOFC em contato direto com uma chama aberta ao envir ambienteente. A chama oxida parcialmente combustíveis de hidrocarbonetos mais pesados para a criação de H 2 e CO, que pode ser utilizado directamente no SOFC com menos potencial de coque de carbono comparado com o metano puro ou outros hidrocarbonetos mais pesados. Além disso, a chama fornece a energia térmica necessária para trazer o SOFC a sua temperatura de funcionamento. A recente mudança para o DFFC inicial ocorreu movendo o SOFC para fora da região da chama e a canalização de gases de escape de combustão para a SOFC para criar o FFC 2. Ao contrário do DFFC, a combustão ocorre em uma câmara parcialmente fechado (em vez do ambiente), de modo que o combustível a proporção de ar pode ser controlada e os gases de escape pode ser directamente alimentado à célula de combustível, sem que ocorre a combustão completa. FFCs têm vantagens adicionais, incluindo a utilização de combustível de alta e alta eficiência elétrica em comparação com DFFCs 2. Como uma área emergente de pesquisa, técnicas experimentais são necessários que pode avaliar o potencial da MT-FFCs para futuras aplicações de geração de energia. Estas técnicas requerem análise de oxidação parcial, ou de combustão rica em combustível, e os gases de escape que tenha sido identificado como uma forma de gerar H 2 e CO, também conhecido como gás de síntese, juntamente com CO 2 e H 2 O. Os gás de síntese pode ser utilizado directamente nas células de combustível para a geração de energia. A análise dos gases de escape de combustão ricas em combustível tem sido bem estabelecida nos últimos anos e tem sido levada a cabo, teoricamente, 4, computacionalmente 5,6 e 7 experimentalmente para muitas finalidades diferentes. Muitos dos estudos teóricos e computacionais têm contado com análise de equilíbrio químico (CEA) para avaliar as espécies de produtos de combustão que são energeticamente favorável, e modelos de cinética química de mecanismos de reação. Embora estes métodos têm sido muito úteis, muitas tecnologias emergentes têm invocado técnicas experimentais durante a pesquisa e desenvolvimento. técnicas experimentais normalmente contam com analise dos gases de escape de combustão utilizando um cromatógrafo de fase gasosa (GC) 7 ou um espectrómetro de massa (MS) 8. Tanto a linha de GC / seringa ou a sonda MS é inserido no escape de combustão e as medições são efectuadas para avaliar a concentração de espécies. A aplicação das técnicas experimentais tem sido comum na área de geração de energia em pequena escala. Alguns exemplos incluem micro câmaras de combustão que têm sido desenvolvidos para operar com SOFCs de câmara única e 7,9 DFFCs 10-15. A análise dos gases de escape de combustão ocorre sob uma ampla gama de condições de funcionamento, incluindo diferentes temperaturas, as taxas de fluxo e as relações de equivalência. Na área de investigação DFFC, combustível e oxidante podem ser parcialmente pré-misturada ou não pré-misturado, com o queimador aberto para o ambiente, o que assegura uma combustão completa. Com a necessidade de se analisar a composição da chama, um EM tem sido utilizado em muitos casos para DFFC investigação e análise de combustão 16. O desenvolvimento mais recente do FFC difere por depender de combustão pré-misturado com o queimador em um ambiente parcialmente fechado para evitar a oxidação completa do combustível. Como resultado, é necessária a análise dos gases de escape de combustão num ambiente controlado, isentas de fugas de ar. técnicas experimentais desenvolvidos para este fim contar com as técnicas anteriores utilizadas para a investigação micro combustor com a análise GC dos gases de escape de combustão em relações de equivalência variados. A análise de GC leva a caracterização da composição de escape de combustão (isto é, a percentagem em volume de cada constituinte de escape, incluindo CO2, H2O, N2, etc) Esta análise permite a mistura de gases separados de acordo com as relações medidas pela GC para criar um modelo rico em combustível de escape de combustão para futuras pesquisas FFC. Os protocolos para a análise de escape de combustão rico em combustível, desenvolvendo um modelo rico em combustível de escape de combustão e aplicaring escape para testes SOFC são estabelecidos neste documento. desafios e limitações comuns são discutidos para estas técnicas.

<table><tbody><tr><td>Cromatógrafo gasoso</td><td>SRI Instruments, Inc.</td><td>SRI 8610C</td><td></td></tr><tr><td>K tipo termopares</td><td>Omega</td><td>KQXL-116G-6</td> Fio de extensão de termopar tipo <td>K de comprimento personalizado</td></tr><tr><td></td><td>Omega</td><td>EXTT-K-20-SLE-100</td><td></td></tr><tr><td>Controlador de fluxo de massa</td><td>Omega</td><td>FMA5427</td><td>0-40 L / min (N2) Usado para</td></tr><tr><td>metano Controlador de fluxo de massa</td><td>Omega</td><td>FMA5443</td><td>0-200 L / min (N2) Usado para controlador</td></tr><tr><td>de fluxo de massa</td> de ar <td>Omega</td><td>FMA5402A</td><td>0-10 ml/min (N2) Usado para</td></tr><tr><td>controlador de fluxo de massa</td> de CO <td>Brooks Instrument</td><td>SLA5850</td><td>200 SCCM (propano) Usado para controlador de fluxo de massa CO2Controlador de</td></tr> <tr><td>fluxo de massa</td><td>Brooks</td><td>Instrument SLA5850</td><td>5 L/min (Ar) Usado para N2 </td></tr><tr><td>Controlador de fluxo de massa</td><td>Brooks Instrument</td><td>SLA5850</td><td>500 SCCM (N2) Usado para H2</td></tr><tr><td>Regulador</td><td>Harris Products Group</td><td>HP721-125-350-F</td><td>Regulador de tanque de metano</td></tr><tr><td></td><td>Harris Products Group</td><td>HP702-050-590-E</td><td>Regulador de tanque de ar</td></tr><tr><td></td><td>Airgas</td><td>Y11-SR145B</td><td>Tanque</td></tr> <tr>de CO<td>Regulador</td><td>Harris Products Group</td><td>HP702-050-320-E</td><td>CO2 tanque</td></tr><tr><td>Regulador</td><td>Airgas</td><td>Y12-215B</td><td>N2 tanque</td></tr><tr><td>Regulador</td><td>Harris Products Group</td><td>HP702-015-350-D</td><td>H2 tanque</td></tr><tr><td>Metano, Comprimido, Ultra pureza ultra alta</td><td>Airgas</td><td>UN1971</td><td>Extremamente Inflamável</td></tr><tr><td>Ar, Comprimido, Ultra puro</td><td>Airgas</td><td>UN1002</td><td>Não classificado como perigoso para a saúde.</td></tr><tr><td>CO, Comprimido, Gás</td><td>de ar</td> de pureza ultra-alta <td>UN1016</td><td>Tóxico por inalação,</td></tr><tr><td>CO2 extremamente inflamável, Comprimido, Grau de pesquisa</td><td>Gás de ar</td><td>UN1013</td><td>Asfixiante em altas concentrações</td></tr><tr><td>N2, Comprimido, Gás de ar de pureza ultra-alta</td><td></td><td>UN1066</td><td>Não classificado como perigoso para a saúde.</td></tr><tr><td>H2, Comprimido, Pureza ultra alta</td><td>Airgas</td><td>UN1049</td><td>Extremamente inflamável, queima com chama invisível</td></tr><tr><td>Medidor de fonte</td><td>Tektronix, Inc.</td><td>Keithley 2420</td><td>Conecta-se ao computador via USB</td></tr><tr><td>Forno de tubo dividido horizontal</td><td>MTI Corportation</td><td>OTF-1200X</td><td></td></tr><tr><td>Aquisição de dados</td><td>National Instruments</td><td>NI cDAQ-9172</td><td>Conecta-se ao computador via USB</td></tr><tr><td>Entrada de termopar</td><td>National Instruments</td><td>NI 9211</td><td>Conecta-se ao cDAQ-9172</td></tr><tr><td>Controle de computador para controladores de fluxo de massa</td><td>National Instruments</td><td>NI 9263</td><td>Conecta-se ao cDAQ-9172 Controle de computador para controladores de fluxo de massa</td></tr><tr><td>Software de teste</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW 8.6</td><td></td></tr><tr><td>Ceramabond</td><td>Aremco</td><td>552-VFG</td><td>1 Pint</td></tr></tbody></table>

pilhas de combustível assistida por chama de combustão caracterização e modelo de desenvolvimento combustível para micro-tubulares

Combustion Characterization and Model Fuel Development for Micro-tubular Flame-assisted Fuel Cells

A geração de energia baseada em combustão tem sido realizada há muitos anos por meio de vários sistemas de motores térmicos. Recentemente, um movimento em direção à geração de energia em pequena escala e microcombustão, bem como o desenvolvimento na pesquisa de células de combustível, criou novos meios de geração de energia que combinam células de combustível de óxido sólido com chamas abertas e exaustão de combustão. Em vez de depender do calor da combustão, esses sistemas de células de combustível de óxido sólido dependem da reforma do combustível por meio da combustão para gerar gás de síntese para geração de energia eletroquímica. Foram desenvolvidos procedimentos para avaliar os subprodutos da combustão em uma ampla gama de condições. Embora procedimentos teóricos e computacionais tenham sido desenvolvidos para avaliar a exaustão de combustão rica em combustível nessas aplicações, técnicas experimentais também surgiram. Os procedimentos experimentais geralmente dependem de uma análise de cromatógrafo gasoso ou espectrômetro de massa da chama e do escapamento para avaliar o processo de combustão como um reformador de combustível e meio de geração de calor. As técnicas experimentais desenvolvidas nessas áreas foram aplicadas novamente para o desenvolvimento da célula a combustível microtubular assistida por chama. O protocolo discutido neste trabalho baseia-se em técnicas anteriores para especificar um procedimento para caracterizar o escapamento de combustão rico em combustível e desenvolver um modelo de escapamento de combustão rico em combustível para uso em testes de células de combustível assistidas por chama. O desenvolvimento do procedimento e suas aplicações e limitações são discutidos.

A câmara de combustão caracterização devem ser verificados antes do teste nas proporções de equivalência desejadas para o refluxo de ar para dentro da câmara ou de outro fugas de ar durante o teste. Os processos de combustão em câmaras abertas são conhecidos por serem quase isobaric. Como resultado, a pressão no interior da câmara de combustão, pode não ser suficiente para assegurar que nenhum ar do ambiente externo é de back-fluir para dentro da câmara de combustão a partir da câmara de...

Um protocolo para a criação de um modelo de exaustão de combustão rico em combustível é desenvolvido por meio da caracterização da combustão e é aplicado para testes e pesquisas de células de combustível assistidas por chama microtubular.

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

Combustion based power generation has been accomplished for many years through a number of heat engine systems. Recently, a move towards small scale power ...

O objetivo geral deste experimento de caracterização da combustão é desenvolver um modelo de gases de escape da combustão por meio da mistura das espécies de interesse, a fim de testar uma célula a combustível de óxido sólido na mistura. Esse maxsold pode ajudar a responder perguntas fundamentais na área de células a combustível de óxido sólido, como por exemplo se uma combustão menos rica está se formando em vez de um reformador de combustível endotérmico. A principal vantagem dessa técnica é que podemos desenvolver um modelo de gases de escape da combustão para testes de células a combustível sem precisar desenvolver efetivamente um queimador completo e um protótipo de célula a combustível.A demonstração visual deste método é essencial, pois a montagem experimental, as precauções de segurança e a resolução de problemas podem ser difíceis de entender apenas com a leitura de um manuscrito. Construa o aparato de caracterização utilizando uma câmara de combustão preparada em uma bancada com fontes de ar e combustível metano. Selecione os controladores de vazão mássica com base nos fluxos previamente determinados.Para este experimento, utilize um controlador de 40 litros por minuto para metano. Utilize um controlador de 200 litros por minuto para ar. Em seguida, obtenha um tubo de cobre e conecte-o à saída da fonte de metano.A seguir, 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 o fluxo apenas na direção oposta ao controlador e conecte-a à saída do controlador. Em seguida, use tubo de cobre para unir os fluxos de ar e do controlador de fluxo de combustível. Direcione os fluxos dos controladores para um conector em T.Como medidas de segurança adicionais, coloque um antichama e uma outra válvula unidirecional após o conector em T. Nesta montagem, a válvula unidirecional é conectada primeiro ao conector em T, orientada para permitir o fluxo para longe do conector em T. O antichama vem a seguir.Nos tanques de origem dos gases, ajuste os reguladores às pressões apropriadas. Para este experimento, essa pressão é de 138 quilopascal. De volta à bancada, obtenha uma solução de detecção de vazamentos para testar todas as tubulações quanto a vazamentos.Com os controladores de fluxo ligados, aplique a solução de detecção de vazamentos com um pincel sobre o tubo de cobre. Certifique-se de que não haja bolhas, o que indicaria um vazamento. Neste momento, direcione a atenção para a câmara de combustão e o queimador acoplado a ela.Esta câmara possui termopares do tipo K já instalados, com suas pontas no centro da câmara. Os orifícios ao longo do comprimento da câmara acomodam tanto a análise dos gases de combustão quanto os termopares. Instale os termopares utilizando conexões de compressão compatíveis com seu diâmetro.Para adicionar um termopar, comece com o corpo do encaixe de compressão que já está na parede da câmara. Coloque um ferralho metálico apropriado de alta temperatura no corpo. Em seguida, posicione a porca de compressão com a sonda do termopar inserida nela sobre o corpo.Insira a sonda do termopar até que sua extremidade fique no centro da câmara. Em seguida, aperte a porca de compressão para vedar a câmara contra vazamentos por esta abertura. Conecte os termopares ao sistema de computador para aquisição de dados e controle.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 até a câmara de combustão. A adição final é o equipamento para testar os gases de escape, que já foi montado aqui.Para isso, uma saída de exaustão na câmara permite que os gases fluam para dentro do tubo de cobre. Esse tubo conduz a uma válvula de três vias. Uma das saídas da válvula é um tubo que leva a um cromatógrafo a gás.A outra saída é um tubo que vai para uma seringa de 25 mililitros, utilizada para aspirar e redirecionar o escape. A montagem agora pode ser usada para caracterização. Antes do teste, prepare a seringa e a válvula de três vias.Primeiro, empurre completamente o êmbolo da seringa. Em seguida, certifique-se de que a válvula de três vias esteja aberta no lado do orifício de escape. Vá até o computador para iniciar o fluxo de combustível e ar e começar 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 posicione-se na extremidade da câmara de combustão. Quando for seguro fazê-lo, acenda a mistura.Antes de prosseguir, realize uma verificação visual para garantir que a chama tenha estabilizado na saída do bico. Esta chama se altera conforme o fluxo de ar é ajustado lentamente ao valor desejado, evitando assim a extinção da chama. Enquanto isso, monitore as temperaturas dos termopares e registre os dados de temperatura quando as temperaturas se estabilizarem.Agora, vá até a seringa conectada à válvula de três vias. Puxe o êmbolo para recolher o gás residual e os gases de escape pelo orifício de exaustão. Use a válvula de três vias para abrir o lado do cromatógrafo a gás e fechar o lado do orifício de exaustão.Continue empurrando o êmbolo até que todo o gás residual tenha sido enviado ao cromatógrafo a gás. Retorne a válvula para permitir que a seringa extraia mais gás residual e o expulse. Continue extraindo o gás e injetando-o no cromatógrafo a gás até que todos os gases residuais sejam removidos.Quando todos os gases residuais tiverem sido removidos, extraia uma amostra final do escape para análise. Gire a válvula de três vias e empurre o gás de escape para dentro do cromatógrafo a gás. Realize a análise por cromatografia a gás e registre os dados.Continue escolhendo outra taxa de fluxo de ar e repetindo a análise para a nova razão de equivalência. Esses resultados para a análise de equilíbrio químico da combustão de metano e ar fornecem as previsões termodinâmicas de equilíbrio da composição dos gases de escape em diferentes razões de equivalência. O eixo vertical esquerdo refere-se à porcentagem em volume do gás nitrogênio, representado em preto.O eixo vertical direito fornece a escala percentual de volume para os produtos de exaustão e outras moléculas. Esta análise não corresponderá necessariamente perfeitamente aos dados experimentais, 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 pela análise de equilíbrio químico.Por exemplo, os dados de oxigênio molecular em vermelho sugerem uma alta concentração em razões de equivalência elevadas em comparação com razões de equivalência baixas. Isso é uma possível indicação de mistura incompleta ou refluxo na câmara de combustão, o que foi confirmado por outros dados. Quando o refluxo é identificado e prevenido, os dados tornam-se mais consistentes com as tendências esperadas a partir da análise de equilíbrio químico.Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como caracterizar um escapamento de combustão e de como construir um exaustor de combustão modelo para testes de célula de combustível. Não se esqueça de que trabalhar com combustão pode ser extremamente perigoso e que precauções, como uso de arrestador de chama, válvulas unidirecionais e outros equipamentos de proteção individual, devem sempre ser adotadas ao realizar este procedimento. Após este procedimento, outros métodos, como integrar uma célula de combustível e um queimador em conjunto, podem ajudar a responder questões adicionais sobre estabilidade de desempenho a longo prazo, deposição de carbono e eficiência total do sistema da célula de combustível assistida por chama.

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Engenharia

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