Método e instrumentação de
caracterização de materiais
sólidos aplicáveis no
armazenamento de hidrogénio
Edivagner da Silv...
Para a maior aceitação do hidrogénio como vetor energético é necessário o
desenvolvimento de pontos específicos:
I. Otimiz...
Tanques de alta pressão
(300 a 700 bar)
Armazenamento de ~33
Kg H2/m3
Desvantagens da
relação tamanho e
equivalente energé...
Armazenamento móvel - Metas DOE
 Alta densidade volumétrica e gravimétrica de hidrogênio;
 Baixas pressões de operação;
...
Sistema de armazenamento estacionário
• Não há problemas quanto a peso ou volume dos reservatórios, deixando
assim um gran...
A formação de hidretos metálicos é proveniente da absorção de hidrogénio
por parte do metal. Schlapbach (1992) descreve es...
Desenvolvimento de novos materiais para armazenamento;
Tanques adequados para os diversos setores.
Quanto ao estudo dos ma...
Pressão
Tempo
Método volumétrico Sistemas Sieverts
Expansão
Absorção
Sistema volumétrico Sieverts pneumático
Calibração do volume de referência
RéguaCantoneira de
apoio e tubo
Êmbolo e
anel de
mercúrio
Luminária
Montagem para a
cal...
Temperatura
Pressão
Controlo das
válvulas
Quadro de
pressões e válvulas
Controlo de
cinéticas
Quadro de registo
de dados
Q...
Sistema volumétrico de ciclagem
O sistema volumétrico, tipo Sieverts,
em linha com três volumes:
Na carga  do volume de r...
Protocolos de controlo do sistema de ciclagem
Resultados Sievert Ciclagem
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
10
12
14
P(bar)
Tempo (h)
Carga (Pref1
)
Descarga (Pref2
)
Cinéti...
Dilatação dos hidretos
As alterações volumétricas dos pós de
hidretos implicam em dois pontos:
Integridade estrutural do r...
Variação da altura em
porta-amostras
transparente
(Matsushita, et al., 2013)
Sistema experimental
com célula de paredes
rí...
Câmara de dilatação capacitiva
Com a câmara vazia
temos apenas um
condensador em Zl ( )
2H
λ
3 1
2π ε λ
C =
ln r r
Element...
out gauss mes
1 1 1
= -
Z Z Z
out out
out
1
Z = R +
iωC
( )out r r rR = a +b exp -λ c 0out
2
(c + αPλ +βλ + γλC = ) pF
Cal...
Câmara capacitiva - amostra
( )3 1ln
2
b
c
r r
R
L



( )
( )
2
3 1
2
ln
H c
g
L
C
r r
 l 

( )
2
3 1
2
ln
H c
p cn...
Tratamento de dados
( )
( )
cir c mes
cir c mes
R L , R
C L , C
 

 
( )3 1ln
2
b
c
r r
R
L



( )
( )
2
3 1
2
ln
H c
g
L
C
r r
 l 

( )
2
3 1
2
ln
H c
p cn
L
C B
r r


Capacidade e...
Ensaio com a câmara de dilatação - Cinéticas
0 2 4 6 8 10 12 14
0
1
2
3
4
5
6
7
(d)(c)
(b)H/M(nH2
/nMetal
) (a)
H/M
Cmed
R...
Ensaio com a câmara de dilatação - Isotérmica
0 1 2 3 4 5 6 7
30.95
31.00
31.05
31.10
31.15
(d)
(c)
(b)
Cmes
(pF)
(a)
0 1 ...
Ensaio com a câmara de dilatação
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33
1.2
1.4
1.6
1.8
Lc
(mm)
(a)
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 ...
Ensaio com a câmara de dilatação - Especial
0 1 2 3 4 5 6 7
31.0
31.2
31.4
31.6
31.8
32.0
32.2
32.4
32.6
AM1
AM2
AM5
AM6
C...
Conclusões e perspetivas futuras
• Desenvolvemos, montámos e calibrámos três equipamentos
aplicados ao estudo de proprieda...
Conclusões e perspetivas futuras
Oportunidade de melhorias - câmara de dilatação:
• Geometrias do porta-amostras;
• Maior ...
Obrigado!
DEPT. DE FÍSICA
GAII - Grupo de
Automação
e Instrumentação
Industrial
Propósitos do trabalho
e enquadramento
• Contribuir para o desenvolvimento dos estudos de materiais que
apresentem a possi...
Energias Novas
energias
Desenvolvimento
e
Crescimento
populacional
Problemas
Ambientais
 Emissão de gases;
 Aquecimento ...
SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO
Técnica de
armazenamento
Volume
[kg H2 . m-3]
Massa
[%]
Pressão
[bar]
Temperatura
[K]
(1) Cilind...
Calibração dos volumes para o sistema de
ciclagem
Volume Medida (cm3)
Volume Vref.1 22,83 ± 0,04
Volume do reator sem
amos...
CURVAS PCT
Isotérmicas Pressão-Concentração para a
absorção de hidrogênio em um composto
intermetálico típico. A solução s...
Tratamento dos dados
A quantificação da concentração final na amostra é realizado com o
software Gás Sorption (versão GS.1...
Deformação do reator com densidade
de empacotamento de 51,5% em
volume (Qin, et al., 2008b).
Dilatação dos hidretos
• Maio...
Controlo do Sistema
volumétrico de ciclagem
Modos de operação
com LabView
Ensaio com a câmara de dilatação
0 1 2 3 4 5 6
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
b
(km)
H/M (nH2
/nMetal
)
0 1 2 3 4 5 6
0.6...
Ensaio com a câmara de dilatação
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
H/M(nH2
/nMetal
)
H/M (nH2
/nmetal...
Ensaio com a câmara de dilatação - Especial
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
0
200
400
600
800
R()
Ciclo
0 2...
Próximos SlideShares
Carregando em…5
×

DEFESA - Método e instrumentação

94 visualizações

Publicada em

0 comentários
0 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

  • Seja a primeira pessoa a gostar disto

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
94
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
7
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
2
Comentários
0
Gostaram
0
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide
  • O desenvolvimento de tecnologias a volta das energias é um dos pontos fulcrais para o desenvolvimento da sociedade.
    Os estudos das energias renováveis é fundamental para o desenvolvimento das novas tecnologias para o mercado mantendo de forma a diminuir o impacto na natureza.
    Para a maior aceitação das energias renováveis é necessário o desenvolvimento de pontos específicos para cada fonte ou vetor energético no caso específico do hidrogénio, é necessário:
    Otimizar a produção, de forma que as energias renováveis sejam realmente fontes limpas ou de menor impacto para o meio ambiente; (ESTUDAR AS FONTES DE H2 - ZUTTEL)
    Aprimorar as técnicas de transporte/armazenamento, potencializando assim a distribuição e o aproveitamento das energias de menor impacto ambiental;
    Adequação dos equipamentos (e os hábitos dos utilizadores também) para o uso das energias alternativas, possibilitando assim uma maior divulgação e aceitação das novas tecnologias, tanto pela indústria quanto pelo consumidor final.
  • Alta densidade volumétrica e gravimétrica de hidrogênio (devido a limitações de espaço e peso);
    Baixas pressões de operação (motivos de segurança);
    Temperatura de operação na faixa de -50 a 150 °C;
    Cinética rápida para carrega/descarrega (5kg em 5min);
    Reversibilidade de muitos ciclos (longevidade do equipamento);
    Custo razoável de um sistema de armazenamento ($5,00/kwh). (DOE, 2007)

    Cada sistema tem as suas próprias restrições e necessidades, porém é evidente que as aplicações móveis são muito mais exigentes, pois estão pautadas por metas rígidas para torná-lo competitivo com os combustíveis usuais, sendo elas (DOE – U.S. Department of Energy, Departamento de Energias do Governo norte-americano (DOE, 2007): Alta densidade volumétrica e gravimétrica de hidrogénio devido a limitações de espaço e peso, principalmente na indústria automóvel; Baixas pressões de operação por motivos de segurança; Temperatura de operação na faixa de -50 a 150 ° C; Cinética rápida para carga e descarga de hidrogénio; Reversibilidade de muitos ciclos (carga/descarga) de hidrogénio; Custo razoável de um sistema de armazenamento.
  • A formação de hidretos metálicos é proveniente da absorção de hidrogénio por parte do metal. Schlapbach (1992) descreve este processo por meio dos fenómenos de superfície, onde sequencialmente temos um primeiro contato do hidrogénio com o metal chamado physisorption, onde predomina a força de Van der Waals. Quando as moléculas do gás de hidrogénio têm energia suficiente para se dissociar e os átomos passam a interagir com a superfície metálica estabelecendo ligações eletrónicas, este estado é conhecido como chemisorbed ou estado absorvido. Uma vez absorvido na superfície, os átomos podem difundir-se pela rede, passando assim ao interior do metal com uma reação exotérmica. Em termos energéticos a descrição do processo pode der simplificada pela curva de energia potencial a uma dimensão, o potencial de Lennard-Jones (Figura 2.4) (Züttel, et al., 2008).
  • Sistemas volumétricos dependem do conhecimento, com grande precisão, dos volumes envolvidos, nomeadamente o volume de referência e o volume da câmara ou reator, mas antes que se possa conhecer os volumes do sistema, precisamos garantir a estanqueidade, o que pode ser uma tarefa morosa dependendo da complexidade das instalações.
  • Justificar o sistema em linha:
    Válvulas unidirecionais,
    Possibilidade de acoplar um compressor seco para reciclar o hidrogénio,
    Menor custo do equipamento,
    Versatilidade
  • Eletrónica dedicada
    Interfaces em LabView
  • A dispersão da calibração implica em um erro absoluto na altura estimado em 0,1mm.

    3 hidretos para calibração, procurando a universalidade

    Não podemos extrapolar para valores de teta e LC
    muito fora desta gama de calibração
  • Tabela 1 – Os seis métodos básicos de armazenamento de hidrogênio, fenômenos envolvidos, volume de H2 por m³ do tanque, percentagem “útil” da massa do tanque, pressão e temperatura de trabalho.  (1) Tanque de gás comprimido (H2 molecular) construído em compósitos especiais de baixo peso e elevada resistência (resistência à tração do material é de 2000 MPa); (2) hidrogênio líquido (H2 molecular), apresenta perda de hidrogénio contínua de pequena percentagem por dia a temperatura ambiente; (3) hidrogênio (H atômico) “intercalado” em metais, hidretos metálicos trabalham na temperatura ambiente e são totalmente reversíveis; (4) fisissorção (physisorption) em materiais carbono (para H2 molecular) com uma grande área superficial específica, totalmente reversível; (5) hidretos complexos ([AlH4]- ou [BH4]-), dessorção a temperatura elevada, adsorção em altas pressões; (6) oxidação química de metais com água e liberação de hidrogênio, não são diretamente reversível (Züttel, et al., 2008).

  • DEFESA - Método e instrumentação

    1. 1. Método e instrumentação de caracterização de materiais sólidos aplicáveis no armazenamento de hidrogénio Edivagner da Silva Ribeiro Coimbra, 2016 Doutoramento em engenharia física, ramo de instrumentação
    2. 2. Para a maior aceitação do hidrogénio como vetor energético é necessário o desenvolvimento de pontos específicos: I. Otimizar a produção de H2, melhorando a eficiência das diferentes formas de produção; II. Aprimorar as técnicas de transporte/armazenamento, potencializando assim a distribuição e o aproveitamento final do H2; III. Adequar os equipamentos para o uso das energias alternativas, possibilitando assim uma maior eficiência e aceitação pela indústria e pelo consumidor final. Hidrogênio como vetor energético
    3. 3. Tanques de alta pressão (300 a 700 bar) Armazenamento de ~33 Kg H2/m3 Desvantagens da relação tamanho e equivalente energético (Frenette, et al., 2009). Tanque criogênico para armazenamento de hidrogénio líquido (-253ºC (20K)) ~ 71 Kg H2/m3, at 1 bar (Mellouli, et al., 2010). Sistemas de armazenamento Armazenamento em sólidos onde o hidrogênio (H atômico) intersticial em metais quando se trata de hidretos - Absorção, ou (H2 molecular) com ligações superficiais em outros materiais - Adsorção.
    4. 4. Armazenamento móvel - Metas DOE  Alta densidade volumétrica e gravimétrica de hidrogênio;  Baixas pressões de operação;  Temperatura de operação na gama de -50 a 150°C;  Cinética rápida para carga/descarga;  Reversibilidade de muitos ciclos ;  Custo razoável de um sistema de armazenamento. (DOE, 2007)
    5. 5. Sistema de armazenamento estacionário • Não há problemas quanto a peso ou volume dos reservatórios, deixando assim um grande nicho para os hidretos metálicos. Produzir H2 Converter H2 eletricidade Imagens: http://kraftwerkforschung.info/ • Possibilidade do melhor aproveitamento de fontes de energias intermitentes como eólica e solar (González, et al., 2015)
    6. 6. A formação de hidretos metálicos é proveniente da absorção de hidrogénio por parte do metal. Schlapbach (1992) descreve este processo por meio dos fenómenos de superfície H2 molecular physisorption a (a+b) Hidretos metálicos: chemisorption Fase b Fase b Dilatação da rede cristalina
    7. 7. Desenvolvimento de novos materiais para armazenamento; Tanques adequados para os diversos setores. Quanto ao estudo dos materiais: Propriedades termodinâmicas; Propriedades cinéticas; Propriedades mecânicas. Desafios para a competitividade do H2 Expansão volumétrica; Porosidade; Aglomeração.
    8. 8. Pressão Tempo Método volumétrico Sistemas Sieverts Expansão Absorção
    9. 9. Sistema volumétrico Sieverts pneumático
    10. 10. Calibração do volume de referência RéguaCantoneira de apoio e tubo Êmbolo e anel de mercúrio Luminária Montagem para a calibração do volume de referência como base de um tubo de diâmetro calibrado. 0 50 100 150 200 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 h(cm) Ensaios Volume referência + KA5 Volume referência Vref
    11. 11. Temperatura Pressão Controlo das válvulas Quadro de pressões e válvulas Controlo de cinéticas Quadro de registo de dados Quadro de válvulas e pressões 2#) Intervalo dos zeros 3#) Condição de paragem 1#) Pontos de pressão Pressã o Temperatur a 4#) Condições das cinéticas Interfaces de controlo Sieverts pneumático Interface gráfica em LabVIEW
    12. 12. Sistema volumétrico de ciclagem O sistema volumétrico, tipo Sieverts, em linha com três volumes: Na carga  do volume de referência 1 (Vref.1) para o reator; Na descarga  do Reator para o volume de referência 2 (Vref.2). Reator com controlo de temperatura PID
    13. 13. Protocolos de controlo do sistema de ciclagem
    14. 14. Resultados Sievert Ciclagem 0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10 12 14 P(bar) Tempo (h) Carga (Pref1 ) Descarga (Pref2 ) Cinética LaNi5 ciclos 1450 -1500 Cinética do ciclo 1450 ao 1500 0 250 500 750 1000 1250 1500 0 1 2 3 4 5 6 Concentração máxima H/M(nH2 /nmetal ) Nº de ciclos Concentração máxima atingida para 1500 ciclos Isotérmicas para LaNi5 à temperatura ambiente 0 1 2 3 4 5 6 1 10 20ºC 12ºC 50ºC P(bar) H/M (nH2 /nmetal ) 80ºC Isotérmicas para diferentes temperaturas no ciclo de número 500. 2.8m 3.0m 3.2m 3.4m 3.6m 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 ln (P) Ciclo 500 ln (P) Ciclo 1000 ln (P) Ciclo 1500 ln(P)(atm) 1/T (K-1 ) Curvas de Van't Hoff para o LaNi5Hx para as pressões médias do patamar de absorção de hidrogénio. Ensaios de validação dos protocolos de controlo com 0,9206 g da liga intermetálica LaNi5 cycle -H -S nº. [kJ/mol H2] [J/(mol H2 K)] 500 32.0 115 1000 31.4 113 1500 32.0 115 ( )ln S H P R RT     + -1 0 1 2 3 4 5 6 7 1 10 P(bar) H/M (nH2 /nmetal ) ciclo 5 ciclo 500 ciclo 1000 ciclo 1500
    15. 15. Dilatação dos hidretos As alterações volumétricas dos pós de hidretos implicam em dois pontos: Integridade estrutural do reservatório – ao inchar durante o processo de hidrogenação, os materiais passam a exercer tensões nas paredes do reservatório. Volume morto –Deve ser quantificada para comportar a dilatação do hidreto e minimizar as tensões nas paredes do reservatório. • Deformação do reator com a dilatação do hidreto (Qin, et al., 2008b). • Maior densidades no fundo do reservatório (Okumura, et al., 2012).
    16. 16. Variação da altura em porta-amostras transparente (Matsushita, et al., 2013) Sistema experimental com célula de paredes rígidas (Charlas, et al., 2012). Câmara para imagens de neutrões ( Herbrig et al., 2015) Sistemas experimentais
    17. 17. Câmara de dilatação capacitiva Com a câmara vazia temos apenas um condensador em Zl ( ) 2H λ 3 1 2π ε λ C = ln r r Elementos do circuito definidos pela geometria da câmara
    18. 18. out gauss mes 1 1 1 = - Z Z Z out out out 1 Z = R + iωC ( )out r r rR = a +b exp -λ c 0out 2 (c + αPλ +βλ + γλC = ) pF Calibração da Câmara de dilatação
    19. 19. Câmara capacitiva - amostra ( )3 1ln 2 b c r r R L    ( ) ( ) 2 3 1 2 ln H c g L C r r  l   ( ) 2 3 1 2 ln H c p cn L C B r r   Com amostra Parâmetros do circuito: • Altura Lc; • Resistividade ; • Função empírica Bcn.
    20. 20. Tratamento de dados ( ) ( ) cir c mes cir c mes R L , R C L , C     
    21. 21. ( )3 1ln 2 b c r r R L    ( ) ( ) 2 3 1 2 ln H c g L C r r  l   ( ) 2 3 1 2 ln H c p cn L C B r r   Capacidade elétrica em pressão atmosférica (ar) com variações de porosidade (43% - 75%), Lc (1mm – 6mm) e l (3mm – 6mm). ( ) ( ) , R , cir cn med cir cn med R B C B C      2 c0 c1 c2 3 4cn c cb +b λ +b θ +b λθ +bB θ= Coeficientes bc0 5.70(15) bc1 0.83(11) bc2 -1.19(11) bc3 -0.68(12) bc4 1.02(15) Valores do parâmetro Bcn obtidos a partir das medições de calibração e a superfície do polinómio de ajuste da equação em função da porosidade θ e da altura λ. Calibração da função Bcn
    22. 22. Ensaio com a câmara de dilatação - Cinéticas 0 2 4 6 8 10 12 14 0 1 2 3 4 5 6 7 (d)(c) (b)H/M(nH2 /nMetal ) (a) H/M Cmed Rmed Cmed H/M Rmed 0 2 4 6 8 10 12 14 200 400 600 800 1000 1200 1400 Rmed Rmed () 0 2 4 6 8 10 12 14 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 Lc (mm) Tempo (min) Lc    Lc 0 2 4 6 8 10 12 14 0.730 0.732 0.734 0.736 0.738 0.740 0.742 0.744 0.746   Tempo (min) 30.87 30.90 30.93 30.96 30.99 31.02 31.05 31.08 Cmed (pF) 200 400 600 800 1000 1200 1400 Cmed H/M 0 5 10 15 20 25 (km) 0.730 0.732 0.734 0.736 0.738 0.740 0.742 0.744 0.746 Lc Cinética da carga de hidrogénio (coluna esquerda) e descarga (coluna direita) do hidreto da liga intermetálica de LaNi5 (0,13405 g).
    23. 23. Ensaio com a câmara de dilatação - Isotérmica 0 1 2 3 4 5 6 7 30.95 31.00 31.05 31.10 31.15 (d) (c) (b) Cmes (pF) (a) 0 1 2 3 4 5 6 7 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 Lc (mm) 0 1 2 3 4 5 6 7 200 300 400 500 Rmes () 0 1 2 3 4 5 6 7 3 4 5 6 7 8 (f) (e) (km) 0 1 2 3 4 5 6 7 0.1 1 10 P(bar) H/M (nH2 /nMetal ) 0 1 2 3 4 5 6 7 0.736 0.738 0.740 0.742 0.744 0.746  H/M (nH2 /nMetal ) Curvas de medições experimentais (coluna esquerda) e parâmetros calculados (coluna direita) - temperatura ambiente LaNi5-H2 (0,13405 g).
    24. 24. Ensaio com a câmara de dilatação 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 1.2 1.4 1.6 1.8 Lc (mm) (a) 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 0.65 0.66 0.67 0.68 0.69 0.70 0.71 0.72 Porosidade (c) 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 5 10 15 20 25 30 (km) Ciclos (b) 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55V/V0 Ciclos (d) Expansão cristalográfica (a) Altura da amostra (b) resistividade (c) porosidade (d) variação relativa do volume. 0 20 40 60 80 100 120 10 20 30 40 50 LaNi5 (Matsushita, et al., 2013) LaNi5 (Schlapbach, 1980) Diametro(m) Nº ciclos Ciclos de hidrogenação em isotérmicas de equilíbrio de pressão (temperatura ambiente LaNi5-H2 - 0,2620 g)
    25. 25. Ensaio com a câmara de dilatação - Especial 0 1 2 3 4 5 6 7 31.0 31.2 31.4 31.6 31.8 32.0 32.2 32.4 32.6 AM1 AM2 AM5 AM6 Cmes (pF) H/M (nH2 /nMetal ) 0 1 2 3 4 5 6 7 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 AM1 AM2 AM5 AM6 Rmes (k) H/M (nH2 /nMetal ) (a) (b) Comparativo das medidas de (a) capacidade e (b) resistência elétrica do último ciclo para as diferentes amostras sujeitas a séries de ciclos. Nome λ (mm) Massa (g) Estado final AM1 5 0,2620 Solta AM2 5 0,6074 Aglomerada AM5 5,85 1,2061 Confinada AM6 4,9 1,2016 Confinada
    26. 26. Conclusões e perspetivas futuras • Desenvolvemos, montámos e calibrámos três equipamentos aplicados ao estudo de propriedades de hidretos: • Sistema Sieverts pneumático; • Sistema de Ciclagem; • Câmara de Dilatação. • A câmara de dilatação e o algoritmo de desconvolução baseado num circuito equivalente constituem um novo método de análise de alterações volumétricas macroscópicas do material ao formar hidreto.
    27. 27. Conclusões e perspetivas futuras Oportunidade de melhorias - câmara de dilatação: • Geometrias do porta-amostras; • Maior resolução do sinal resistivo; • Modelos de circuitos para pós por espectroscopia de impedância. • Estudo de novos materiais (com calibrações adequadas). • Estes são passos intermédios para chegar às tecnologias necessárias para a construção de um sistema de armazenamento.
    28. 28. Obrigado! DEPT. DE FÍSICA GAII - Grupo de Automação e Instrumentação Industrial
    29. 29. Propósitos do trabalho e enquadramento • Contribuir para o desenvolvimento dos estudos de materiais que apresentem a possibilidade de armazenamento de hidrogénio; • Investigar propriedades pertinentes para o desenvolvimento de tanques adequados aos materiais.  Sistemas volumétricos tipo Sieverts:  Estudo de precisão com alta pressão;  Estudo de degradação por hidrogenação.  Investigação de propriedades mecânicas dos hidretos metálicos:  Alteração volumétrica;  Variação da porosidade.
    30. 30. Energias Novas energias Desenvolvimento e Crescimento populacional Problemas Ambientais  Emissão de gases;  Aquecimento global;  Esgotamento das reservas. (Population data are from the U.S. Census Bureau, and CO2 emissions data are from the Carbon Dioxide Information Analysis Center (CDIAC).  Aumento da população (vermelho);  Emissão global de CO2 (Azul).
    31. 31. SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO Técnica de armazenamento Volume [kg H2 . m-3] Massa [%] Pressão [bar] Temperatura [K] (1) Cilindro compósito Max. 33 13 800 298 (2) Hidrogênio líquido 71 100 1 21 (3) Hidretos metálicos Max. 150 2 1 298 (4) Fisissorção 20 4 70 65 (5) Hidretos complexos 150 18 1 298 (6) Alcalinos + H20 >100 14 1 298 (1) Tanque de gás comprimido (H2 molecular); (2) hidrogênio líquido (H2 molecular), apresenta perda de hidrogénio contínua; (3) hidrogênio (H atômico) “intercalado” em metais; (4) materiais carbono (para H2 molecular) com uma grande área superficial específica; (5) hidretos complexos ([AlH4]- ou [BH4]-), dessorção a temperatura elevada, adsorção em altas pressões; (6) oxidação química de metais com água e liberação de hidrogênio, não são diretamente reversível (Züttel, et al., 2008).
    32. 32. Calibração dos volumes para o sistema de ciclagem Volume Medida (cm3) Volume Vref.1 22,83 ± 0,04 Volume do reator sem amostra 7,19 ± 0,09 Volume Vref.2 7,36 ± 0,13 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Tubo + Vref.1 + Reator + Vref.2 Tubo + Vref.1 + Reator Tubo + Vref.1 Volume(cm3 ) P (bar) Tubo de ligação entre o sistema de ciclagem e o Sieverts pneumático Figura 3.15: Volumes calculados para a obtenção do valor dos volumes de referência do sistema de ciclagem. Tabela 3.1: Valor dos volumes do sistema de ciclagem calibrados com o volume de referência do Sievert pneumático
    33. 33. CURVAS PCT Isotérmicas Pressão-Concentração para a absorção de hidrogênio em um composto intermetálico típico. A solução sólida (fase a), a fase de hidreto (fase b) e a região de coexistência das duas fases. (Züttel, et al., 2009). (Sandrock, 1999). ln S p RT R     Equação de Van’t Hoff
    34. 34. Tratamento dos dados A quantificação da concentração final na amostra é realizado com o software Gás Sorption (versão GS.15 (Domingos, 2015)) o qual utiliza a equação de estado Benedict-Webb-Rubin (BWR): onde ρ é a densidade molar do gás (n/V), e {a, A0, b, B0, c, C0, α, γ} são constantes tabeladas para o gás utilizado (Cengel, 1997; Zhou, et al., 2001). ( ) ( ) 2 3 2 3 6 20 0 2 2 C c P RT B RT A bRT a a 1 e T T      +    +   + a + +     
    35. 35. Deformação do reator com densidade de empacotamento de 51,5% em volume (Qin, et al., 2008b). Dilatação dos hidretos • Maior densidades no fundo do reservatório; • O controle do espaço acima da amostra (volume morto) é fundamental para reduzir as tensões nas paredes dos reservatórios (Okumura, et al., 2012)
    36. 36. Controlo do Sistema volumétrico de ciclagem Modos de operação com LabView
    37. 37. Ensaio com a câmara de dilatação 0 1 2 3 4 5 6 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 b (km) H/M (nH2 /nMetal ) 0 1 2 3 4 5 6 0.680 0.682 0.684 0.686 0.688 0.690 0.692 0.694 (b) Absorption Desorption  H/M (nH2 /nMetal ) (a) Porosidade (a) e resistividade (b) calculados para o ciclo de hidrogenação número 32 da amostra AM1.
    38. 38. Ensaio com a câmara de dilatação 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 H/M(nH2 /nMetal ) H/M (nH2 /nmetal ) P (bar) C (pF) R (k) Tempo (h) 13 14 15 16 17 18 19 20 21 P(bar) 31.0 31.5 32.0 32.5 33.0 33.5 C(pF) -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 R(k) Cinética de ativação da amostra AM3 com as respetivas medidas elétricas.
    39. 39. Ensaio com a câmara de dilatação - Especial 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 0 200 400 600 800 R() Ciclo 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 32.1 32.2 32.3 32.4 32.5 32.6 32.7 C(pF) Medidas elétricas dos ciclos de hidrogenação em isotérmicas de equilíbrio de pressão para a amostra AM2 3.50 3.75 4.00 4.25 4.50 4.75 5.00 5.25 0.0 2.9 5.8 8.7 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 0.738 0.747 0.756 0.765 Lc (mm) (km) Porosidade Ciclo Parâmetros físicos calculados dos ciclos de hidrogenação para a amostras AM2:. Altura da amostra Lc, resistividade ρ, porosidade θ

    ×