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 (FCEVs).

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

Esquema do LMRC. Broerman et ai.

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 o hidrogênio como fonte de combustível para carros movidos a hidrogênio. Ao contrário da maioria dos compressores de hidrogênio, o LMRC é hermeticamente fechado e é acionado por um motor linear que permite maior eficiência de compressão. Cortesia de SwRI.

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

Um dos principais desafios para a compressão de hidrogênio é o pequeno tamanho de partícula do hidrogênio, que aumenta o potencial de vazamentos à medida que o gás flui através do equipamento.

Como as partículas de hidrogênio são muito pequenas, há problemas inerentes de compatibilidade de material ao projetar um compressor. As partículas são tão pequenas que se infiltram e alteram o desempenho dos materiais e equipamentos. Por exemplo, tivemos alguns problemas iniciais com as partículas de hidrogênio causando a falha dos ímãs, então tivemos que revestir os ímãs de forma mais eficaz para evitar isso.

O novo LMRC apresenta um compressor hermético, hermeticamente fechado usando uma combinação de soluções desenvolvidas pela SwRI. Os revestimentos protegem os ímãs da incursão de hidrogênio e fragilização, enquanto os designs de válvula aprimorados minimizam vazamentos. Ele também utiliza um pistão de cerâmica para minimizar a expansão de calor e diminuir o estresse em sua vedação.

Os compressores típicos têm um mecanismo de pistão e manivela que exige que eles façam o mesmo movimento todas as vezes, a cada revolução do motor que o aciona. O LMRC do SwRI é acionado linearmente, então 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 requer 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 dinâmico exclusivo.

Como resultado, as vedações e rolamentos do compressor sofrem menos fricção, 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 gás perigoso ou aplicações de recuperação de gás de flare.

Originalmente financiado pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos e com custos compartilhados pela ACI Services, o LMRC tem sido desde então apoiado por financiamento interno de pesquisa no SwRI. O LMRC foi executado com sucesso pela primeira vez em 2020 e concluiu a operação contínua nas condições de projeto em meados do final 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 requerem vedação hermética.

O SwRI possui uma equipe multidisciplinar dedicada a iniciativas de pesquisa de 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) "Linear Motor Reciprocating Compressor (LMRC) for Forecourt Hydrogen Compression". Estados Unidos. doi: 10.2172/1894346