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Mar 03, 2024

SwRI cria motor linear

Um novo compressor de hidrogênio desenvolvido no Southwest Research Institute (SwRI) pode melhorar a eficiência e a confiabilidade da compressão de hidrogênio usada no reabastecimento de veículos elétricos com célula de combustível

Um novo compressor de hidrogênio desenvolvido no Southwest Research Institute (SwRI) pode melhorar a eficiência e a confiabilidade da compressão de hidrogênio usada no reabastecimento de veículos elétricos com célula de combustível (FCEVs).

O compressor alternativo acionado por motor linear (LMRC) desenvolvido pela SwRI foi projetado para comprimir hidrogênio como fonte de combustível para FCEVs e outros veículos movidos a hidrogênio. O avançado sistema de compressão utiliza um novo conceito de acionamento de um pistão de ímã permanente dentro de um cilindro compressor hermeticamente selado através de enrolamentos eletromagnéticos.

Esquema do LMRC. Broerman et al.

O LMRC é uma melhoria em relação aos compressores alternativos convencionais, pois minimiza a contagem de peças mecânicas, reduz os caminhos de vazamento e é facilmente modularizado para instalação simples em campo.

O Southwest Research Institute criou um compressor de hidrogênio inovador e mais eficiente. O compressor alternativo acionado por motor linear (LMRC) foi projetado para comprimir hidrogênio como fonte de combustível para carros movidos a hidrogênio. Ao contrário da maioria dos compressores de hidrogênio, o LMRC é hermeticamente selado e acionado por um motor linear que permite maior eficiência de compressão. Cortesia do SwRI.

O LMRC foi construído e projetado para comprimir hidrogênio para reabastecer veículos com células de combustível de hidrogênio. Para reabastecer veículos a hidrogênio, o gás deve ser primeiro comprimido a altas pressões. Portanto, decidimos projetar um compressor mais eficiente e à prova de vazamentos.

Um desafio importante para a compressão do hidrogénio é o pequeno tamanho das partículas do hidrogénio, o que aumenta o potencial de fugas à medida que o gás flui através do equipamento.

Como as partículas de hidrogênio são tão pequenas, existem problemas inerentes de compatibilidade de materiais ao projetar um compressor. As partículas são tão pequenas que penetram e alteram o desempenho dos materiais e equipamentos. Por exemplo, tivemos alguns problemas iniciais com as partículas de hidrogénio que provocaram a falha dos ímanes, por isso tivemos de revestir os ímanes de forma mais eficaz para evitar isso.

O novo LMRC apresenta um compressor hermético, hermeticamente selado usando uma combinação de soluções desenvolvidas pelo SwRI. Os revestimentos protegem os ímãs contra a incursão e a fragilização do hidrogênio, enquanto os designs aprimorados das válvulas minimizam os vazamentos. Ele também utiliza um pistão de cerâmica para minimizar a expansão térmica e diminuir o estresse em sua vedação.

Os compressores típicos possuem um mecanismo de pistão e manivela que exige que eles façam sempre o mesmo movimento, a cada rotação do motor que o aciona. O LMRC do SwRI é atuado linearmente, portanto podemos alterar o perfil de movimento linear para otimizar o processo de compressão.

Para evitar contaminantes no gás hidrogênio, a maioria dos compressores de hidrogênio exige mecanismos isentos de óleo. Ao contrário da maioria dos compressores alternativos, que possuem motores que se movem repetidamente no mesmo movimento e requerem lubrificação para manutenção, o motor linear do LMRC pode mover o pistão em um padrão de movimento definido pelo usuário, é montado para movimento vertical e possui um design de vedação dinâmica exclusivo.

Como resultado, as vedações e rolamentos do compressor sofrem menos atrito, eliminando a necessidade de lubrificação tradicional. Ele também pode ser usado em uma variedade de aplicações de compressão para evitar vazamento de gás na atmosfera, como gases perigosos ou aplicações de recuperação de gás de combustão.

Originalmente financiado pelo Departamento de Energia dos EUA e com custos partilhados pela ACI Services, o LMRC tem sido desde então apoiado por financiamento interno de investigação no SwRI. O LMRC foi executado com sucesso pela primeira vez em 2020 e concluiu a operação contínua nas condições de projeto em meados de 2022. No futuro, Broerman planeja modificar diferentes aspectos do projeto do LMRC para aumentar a eficiência e as velocidades para aumentar as taxas de fluxo e aplicar o LMRC para outras aplicações de compressão que exigem vedação hermética.

O SwRI possui uma equipe multidisciplinar dedicada a iniciativas de pesquisa em energia de hidrogênio para implantar tecnologias de descarbonização em um amplo espectro de indústrias.

Recursos

Broerman, Eugene Leo, Poerner, Nathan e Shade, Willard Norman. (2020) “Compressor Alternativo de Motor Linear (LMRC) para Compressão de Hidrogênio em Pátio”. Estados Unidos. doi: 10.2172/1894346