Dissertação
{pt_PT=Simulation of a latex balloon with a hydrogen generation system} {} EVALUATED
{pt=Atualmente, devidon às suas propriedades físicas e tecnologias mais baratas, os balões estratosféricos são amplamente utilizados em monitorizacão ambiental. Contudo, controlar a altitude desses balões é desafiante, principalmente quando estes se movem numa estratosfera onde os ventos podem atingir os 100 Km/h e as temperaturas os -90ºC. Encontrar uma maneira de o fazer torna-se essencial. O objetivo consiste em controlar o volume do balão e a sua massa total, obrigando-o a procurar correntes de vento favoráveis, de forma a garantir que este ficará sempre dentro de uma determinada região. As soluções mais recentes distinguem-se não só pelo método de controlo, mas também pelo tipo de gas e balão que são utilizados. Num ambiente acadêmico, onde o custo e tempo são fatores a considerar, o laboratório serve de partida para o desenvolvimento de um pequeno protótipo: um balão de látex equipado com um sistema de producão de hidrogénio, gerado através da hidrólise do hidreto de cálcio. Para desenvolver este protótipo, um certo pré-conhecimento sobre o comportamento do sistema torna-se essencial, a fim de reduzir custos e economizar tempo para as futuras fases do projeto. Posto isto, um simulador para o sistema total é proposto. Para estudar a reação, um reator quíımico foi desenvolvido e testado antes do aparecimento da pandemia. Relativamente aos outros sistemas, foram aplicados princípios de mecânica dos fluidos e termodinâmica, e encontrados conjuntos adequados de equações para descrever o seu comportamento. O modelo final foi desenvolvido em Matlab/SimulinkR2018a. Palavras-chave: balões estratosféricos, hidreto de cálcio, latex, hidrogénio, hidrólise, en=Nowadays, given their physical properties and cheaper technologies, stratospheric balloons are widely used in most environmental monitoring missions. Nevertheless, controlling their altitude is challenging, especially when dealing with a stratosphere where winds can reach 100 Km/h and temperatures may achieve -90ºC. Finding a way to control their movement becomes essential. The main objective is to control the volume and the total mass of the balloon and force it to find favorable wind streams in order to ensure it will always remain within a certain region. The most recent solutions are distinguished not only by the control method but also by the type of gas and balloons that are used. Moving towards a more academic environment, where cost and time are factors to consider, the laboratory is a valid starting point for the development of a prototype: a latex balloon equipped with a hydrogen production system, generated through the hydrolysis reaction of calcium hydride. Nonetheless, to develop such prototype, pre-knowledge about the system’s behaviour is crucial, in order to reduce costs and save time for the future project generations. Given this, a simulator for the total system is proposed. To study the hydrolysis reaction, a chemical reactor prototype was developed and tested before the appearance of the virus COVID-19. For the other subsystems, fluid mechanics and thermodynamic principles were applied, and a suitable group of equations was used to describe their behaviour. The final model was developed in Matlab/SimulinkR2018a. Keywords:stratospheric balloons, hydrogen, latex, calcium hydride, hydrolysis}
outubro 13, 2020, 11:0
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Orientação
ORIENTADOR
Centro de Estudos em Inovação, Tecnologia e Políticas de Desenvolvimento (IN+)
Investigador Auxiliar