dc.contributor.author | Dias, Gabriela Chimello Mayer | |
dc.date.accessioned | 2022-04-05T10:49:22Z | |
dc.date.available | 2022-04-05T10:49:22Z | |
dc.date.issued | 2021-11-16 | |
dc.identifier.citation | DIAS, Gabriela Chimello Mayer. Design of a solid-state hydrogen storage tank for application in the European Spallation Source (ESS). 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15803. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15803 | |
dc.description.abstract | The European Spallation Source, located in Lund, Sweden, is one of the largest
scientific and technological infrastructures currently under construction and will be the
world’s most powerful neutron source. Its operation will be based on proton
acceleration and scattering technology, giving rise to neutron beams up to 100 times
brighter than those obtained by existing sources in Europe. In summary, a proton
beam is produced by rapidly varying electromagnetic fields, heating hydrogen gas so
that electrons evaporate from the hydrogen molecules. The beam will then be
accelerated until it hits a target made of stainless steel and containing bricks of
tungsten, generating scattering neutrons used in various scientific instruments.
However, there is a problem related to the storage of the hydrogen gas used in
producing the proton beam. Initially, a cylinder containing 5 liters of H2 at 150 bar
pressure was designed, but local regulations state that the pressure cannot exceed
1.45 bar. In this scenario, hydrogen storage in the solid state through metal hydrides
would be an excellent alternative for storing the required volume of hydrogen at a
much lower pressure level and with a higher volumetric density. Therefore, the goal of
this work was to design a tank for solid-state hydrogen storage, ensuring a pressure
level below 1.45 bar. For this, a multicomponent alloy was selected through results
reported in the literature and compositional adjustments based on a thermodynamic
model that allows the prediction of PCT (Pressure-Composition-Temperature)
diagrams. Furthermore, calculations were performed for the tank sizing, and its
components were selected and analyzed, resulting in two project options. Next, a cost
projection for the tank production was elaborated, involving the costs of raw materials
to produce the selected alloy and the components chosen to compose the tank.
Finally, a prototype and proof-of-concept tests were proposed to verify essential
properties for this project, such as the H2 flow rate reached. | eng |
dc.description.sponsorship | Não recebi financiamento | por |
dc.language.iso | eng | eng |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Armazenagem de hidrogênio no estado sólido | por |
dc.subject | Hidretos metálicos | por |
dc.subject | Ligas multicomponentes | por |
dc.subject | Tanque de hidrogênio | por |
dc.subject | Hydrogen solid-state storage | eng |
dc.subject | Metal hydrides | eng |
dc.subject | Multicomponent alloys | eng |
dc.subject | Hydrogen tank | eng |
dc.title | Design of a solid-state hydrogen storage tank for application in the European Spallation Source (ESS) | eng |
dc.title.alternative | Design de um tanque de armazenagem de hidrogênio no estado sólido para aplicação na Fonte de Espalação Europeia (ESS) | por |
dc.type | TCC | por |
dc.contributor.advisor1 | Zepon, Guilherme | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/7924187202036614 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Ferreira, Marcelo Juni | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5471938976013160 | por |
dc.description.resumo | A European Spallation Source, localizada em Lund, na Suécia, é uma das
maiores infraestruturas científicas e tecnológicas em construção atualmente, e será a
fonte de nêutrons mais potente do mundo. Seu funcionamento irá se basear na
aceleração de prótons e espalhamento, dando origem a feixes de nêutrons 100 vezes
mais brilhantes do que os obtidos pelas fontes já existentes na Europa. Basicamente,
um feixe de prótons é produzido pelo aquecimento de gás hidrogênio com a variação
rápida de campos eletromagnéticos, levando à evaporação dos elétrons das
moléculas. Assim, o feixe será acelerado até atingir um alvo de aço inoxidável
revestido com tungstênio, gerando o espalhamento de nêutrons que serão utilizados
em diversos instrumentos científicos. Entretanto, há um problema relacionado ao
armazenamento do gás hidrogênio utilizado na produção do feixe de prótons. De
início, foi projetado um cilindro contendo 5 litros de H2 em 150 bar de pressão, mas a
regulamentação local estabelece que a pressão não pode ultrapassar 1,45 bar. Nesse
cenário, o armazenamento de hidrogênio no estado sólido por meio de hidretos
metálicos seria uma ótima alternativa para a armazenagem do volume requerido de
hidrogênio em um nível de pressão muito menor e com uma maior densidade
volumétrica. O objetivo deste trabalho de conclusão de curso foi projetar um tanque
para a armazenagem de hidrogênio no estado sólido assegurando um nível de
pressão abaixo de 1,45 bar. Para isso, uma liga multicomponente foi selecionada
através de resultados reportados na literatura e ajustes composicionais baseados em
um modelo termodinâmico que permite a previsão de curvas PCT (PressãoComposição-Temperatura). Ademais, foram realizados cálculos para o
dimensionamento do tanque e seus componentes foram selecionados e analisados,
resultando em duas opções de projeto. Em seguida, foi elaborada uma projeção dos
custos para a produção do tanque, envolvendo os custos das matérias-primas para a
produção da liga selecionada e dos componentes escolhidos para compor o tanque.
Por fim, um protótipo e testes de prova de conceito foram propostos a fim de verificar
propriedades importantes para o projeto, como o fluxo de H2 obtido. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/7085380229734116 | por |
dc.publisher.course | Engenharia de Materiais - EMa | por |