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Reattore a Membrana (Progetto MIUR)

Reformer a membrana per la produzione di idrogeno da idrocarburi:
compiti dell'Università di Roma (Dip. di Meccanica ed Aeronautica)

Task 5
Il contributo dell’unità di ricerca dell’Università di Roma “La Sapienza” sarà limitato al dimensionamento meccanico dei moduli prototipali di reattore a membrana. La progettazione dovrà tenere conto delle condizioni operative stabilite per il processo di produzione di idrogeno (Task 2), delle prestazioni delle membrane verificate nelle prove di caratterizzazione (Task 3) e delle caratteristiche della cella a combustibile che dovrà essere alimentata (la potenza massima verrà ridotta a 500 W). Le soluzioni adottate dovranno inoltre tener conto delle necessità legate ad un impiego su autoveicoli e quindi dovranno essere minimizzati i pesi ed i volumi. Verrano condotte una analisi teorica e una sperimentale sulla resistenza meccanica della struttura al fine di garantire la massima affidabilità del reattore.

Task 6
Per convalidare l’efficacia dei modelli matematici proposti e sviluppati, i risultati delle simulazioni verranno comparati con quelli delle prove sperimentali effettuate in via preliminare su un reattore/reformer tradizionale. Successivamente, i test di reazione saranno eseguiti sul reattore a membrana per verificarne le potenzialità rispetto al sistema tradizionale. Verranno condotti studi in regime transitorio in previsione delle variazioni di carico della cella a combustibile. Verranno quindi eseguite diverse campagne sperimentali che, oltre alle percentuali di idrogeno prodotto, misurino in modo esteso tutte le grandezze termodinamiche coinvolte nel processo di produzione (pressione e temperatura) così da consentire un confronto a più livelli fra le diverse tecnologie proposte. Tutte le misure saranno progettate ed eseguite con il contributo fondamentale dell’unità di ricerca dell’Università di Roma “La Sapienza”.

Task 7
Verrà costruito un primo sistema integrato sulla base dei risultati sperimentali e delle indicazioni emerse. Il reattore a membrana verrà accoppiato ad una cella a combustibile sperimentale (di tipo polimerico). Con la corrente elettrica prodotta dalla cella verrà alimentato un motore elettrico con potenza di circa 500 W. Tutto il sistema dovrà essere sottoposto alla sperimentazione del rendimento meccanico attraverso uno studio delle potenze erogate. Al fine di ottenere tale risultato sarà necessario costruire un banco prova dedicato, equipaggiato con un freno idraulico e/o elettrico e corredato degli strumenti per la rilevazione delle grandezze fisiche. Un sistema informatico controllerà tutte le prove e provvederà all’analisi e alla presentazione dei dati.

Task 8
Il sistema costituito dal reattore a membrana e dalla cella a combustibile verrà provato accoppiato ad un motore elettrico su di un banco prova motori che dovrà simulare le condizioni operative relative ai vari cicli di funzionamento di un veicolo. In particolare, verranno verificati il rendimento complessivo del sistema, la qualità e la quantità delle emissioni gassose e la rumorosità. Il rendimento verrà misurato a partire dal contenuto energetico dei carburanti impiegati fino alla resa finale in termini di potenza meccanica disponibile all’albero motore. Le misure di rumorosità verranno eseguite mediante misura delle vibrazioni di base prodotte nel funzionamento del sistema integrato. La fase di collaudo finale dovrebbe fornire le indicazioni per le potenziali applicazioni a sistemi di taglia 10-20 kW con particolare riferimento alla autotrazione.

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