Desarrollo de equipos de medición utilizados en el estudio de materiales formadores de hidruros
Esta tesis se enmarca en la temática de la interacción del hidrógeno con materiales formadores de hidruros, un área del conocimiento que ha cobrado relevancia en los últimos años debido a la necesidad de encontrar alternativas para el transporte y almacenamiento de energía que resulten no contami...
Guardado en:
| Autor principal: | |
|---|---|
| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2010
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/133/1/1Talaga%C3%B1is.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | Esta tesis se enmarca en la temática de la interacción del hidrógeno con materiales
formadores de hidruros, un área del conocimiento que ha cobrado relevancia en los
últimos años debido a la necesidad de encontrar alternativas para el transporte y
almacenamiento de energía que resulten no contaminantes y sean una opción
respecto a los combustibles de origen fósil. Sin embargo, la posibilidad de utilización a
escala masiva de estos materiales requiere encontrar soluciones a múltiples problemas
técnicos y, fundamentalmente, un adecuado conocimiento de las propiedades
relevantes relacionadas con este tipo de aplicaciones. En ese sentido, los objetivos
principales de este trabajo estuvieron dirigidos al diseño y construcción de diversos
dispositivos destinados a la caracterización de las propiedades de reacción con
hidrógeno. De esta manera, se logró extender significativamente el rango de
caracterización asociado a equipos previamente existentes en el laboratorio donde se
desarrolló este trabajo como así también acceder a técnicas novedosas que permiten
minimizar el número de experimentos necesarios para identificar propiedades de
interés de los sistemas bajo estudio. Estos nuevos desarrollos fueron validados
realizando mediciones sobre diferentes compuestos intermetálicos del tipo AB_5 y un
hidruro complejo.
Los equipos diseñados, construidos y validados durante esta tesis son:
• Un reactor que permite realizar, de manera simultánea, la caracterización de las
propiedades de reacción del hidrógeno y la determinación de las fases presentes
utilizando la técnica de difracción de rayos X. El dispositivo permite hacer experimentos
en vacío o en atmósfera de hidrógeno con presiones de hasta 6 MPa en el
rango de temperaturas entre ambiente y 450 ºC.
• Dos equipos para estudiar la termodinámica y la cinética de la reacción metalhidrógeno
permitiendo obtener las propiedades de equilibrio a través de la medición
de isotermas presión-composición, en condiciones de cuasi-equilibrio o en condiciones
dinámicas. Los mismos permiten también obtener propiedades de la cinética de
la reacción a volumen/temperatura constantes, a volumen/presión/temperatura
constantes, o bajo rampas de temperatura en experimentos de espectroscopia de
desorción térmica. El desarrollo de estos dispositivos ha permitido extender el
rango de medición de los equipos preexistentes de 6 MPa a 17 MPa en un caso y de
6 MPa a 10 MPa en el otro. Este último equipo es además portátil y cuenta con un
mayor nivel de automatización que su antecesor.
Adicionalmente, se participó en un grupo de trabajo que realizó el desarrollo de un
equipo que permite ciclar una muestra en absorción/desorción de hidrógeno. Este
dispositivo tiene una característica novedosa ya que la provisión y extracción del
hidrógeno para el ciclado se realiza utilizando otra aleación formadora de hidruro en
un circuito de gas de lazo cerrado. Con este equipo se han realizado estudios de más
de 1.000 ciclos en un período de tan solo 5 días, destacándose la reducción notable
del consumo de hidrógeno de alta pureza respecto de dispositivos cicladores
convencionales.
Se utilizaron herramientas de diseño 3D como así también herramientas de análisis
para la determinación de las características constructivas más adecuadas y en los
casos en que resultó conveniente, se prepararon prototipos y ejecutaron ensayos
complementarios. Se realizó también el diseño y escritura del software de medición y
control de algunos de los equipos.
A modo de validación, los dispositivos desarrollados en este trabajo fueron utilizados
para la caracterización de las propiedades de reacción de un hidruro complejo (Mg-
Co-H) y de nueve compuestos de la familia AB_5 (MmNi_5-x M_x, donde Mm es un mezcla
de Lántanidos: La, Ce, Nd, Pr en relación variable y M es Al o Cu reemplazando
parcialmente al Ni).
Siete de los compuestos AB_5 utilizados fueron sintetizados en el transcurso de esta
tesis, con elección de su composición de manera de obtener intermetálicos con
diferentes presiones de equilibrio en un rango definido de temperatura. La síntesis se
efectuó mediante la técnica de aleado mecánico y se realizó la caracterización
morfológica, microestructural, estructural, composicional y de reacción con hidrógeno
de las muestras. Los sistemas estudiados presentaron presiones de equilibrio entre
0.4 y 9 MPa en el rango de 0 a 90 °C. Los resultados obtenidos permitieron realizar la
preselección de materiales adecuados para ser utilizados en dispositivos compresores
de hidrógeno. Finalmente, con dos de ellos se proponen dos etapas combinadas de
compresión térmica hidrógeno, capaces de comprimir el gas desde 0.4 hasta 4 MPa
(relación de compresión 10:1) mediante la utilización de una fuente fría a 10 ºC y una
caliente a 90 ºC. |
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