Para proceder à otimização do processo de produção de gás de síntese, foram realizados diversos ensaios onde se variaram diversos parâmetros, como é o caso da natureza do eletrólito, da concentração do eletrólito, da tensão aplicada ao eletrolisador (1 – 32 V) e da temperatura de ensaio (60-80 °C). Uma vez que são muitos parâmetros, iniciou-se por variar um parâmetro de cada vez, mantendo os restantes constantes. Assim, é possível conhecer o comportamento do sistema e as influências dos parâmetros em estudo, no caudal e na composição de gás produzido, que são as principais saídas do processo. Desta forma e, de um modo genérico (para todos os ensaios), introduziram-se os elétrodos de aço (de área igual a 25 cm2) no eletrolisador A. De seguida, introduziu-se o eletrólito, cuja solução foi previamente preparada e estabilizada à temperatura inicial do ensaio (medindo-se o pH e a condutividade da mesma). Posteriormente, abriu-se as torneiras de admissão do eletrólito ao eletrolisador e encheu-se este último.
De seguida, ligou-se os terminais da fonte de alimentação aos elétrodos e iniciou-se o processo de eletrólise. Todos os ensaios foram conduzidos durante cerca de 2 h, recolhendo medidas de intensidade de corrente ao longo do tempo. Os gases formados no eletrolisador empurram a solução de eletrólito para o depósito, permitindo assim a recirculação do eletrólito. Recorreu-se à uma bomba para facilitar a recirculação do eletrólito. Depois mediu-se o caudal e a composição de gás produzido. Por fim, desligou- se o sistema e mediu-se a temperatura final, bem como o pH e a condutividade finais, do eletrólito. Lavou-se o eletrolisador, várias vezes, com água destilada e ainda, com a solução de eletrólito puro e deixou-se os elétrodos de aço em processo de secagem.
Procedeu-se da mesma forma para cada um dos ensaios experimentais, visto que se trata de um processo cíclico.
3.5.3.2.1 Determinação do Caudal
O caudal foi medido através do recurso a um sistema de medição de caudal, onde se mede o tempo que a água, no interior de uma proveta graduada invertida (ver Figura A.1), demora a atingir 10 ou 20 mL (consoante a efluência do caudal seja menor ou maior). Para cada recolha, foram medidas três vezes o caudal com resultados concordantes, posteriormente feita a respetiva média aritmética.
3.5.3.2.2 Determinação da composição de gás
produzido
3.5.3.2.2.1 Analisador ORSAT
Trata-se de um método volumétrico envolvendo uma absorção seletiva. Normalmente é utilizado para detetar monóxido de carbono, dióxido de carbono e oxigénio. O processo de determinação da composição de cada constituinte gasoso, em base seca, é levado a cabo pela passagem de gás a analisar através de uma série de soluções de absorção em contato com pipetas borbulhadoras, onde cada constituinte gasoso é seletivamente removido (Guerra, 2015). Na Figura 3.10, encontra-se esquematizado o analisador
Figura 3.10 - Esquema do analisador ORSAT (Energética, 2012).
A preparação das soluções de absorção dos diversos constituintes gasosos requer o uso de diversos reagentes (não mencionados anteriormente) específicos. Em anexo, A1, encontra-se o procedimento de preparação das soluções de absorção.
Purgou-se as tubagens com o gás a analisar; de seguida, introduziu-se a amostra de gás na bureta, tendo o mesmo sido expelido (três vezes); introduziu-se a amostra de gás na bureta, colocando o frasco ao nível no suporte superior; leu-se o valor e fez-se a diferença para os 100 mL, obtendo assim a quantidade de amostra em mililitros a ser analisada (o volume ronda os 62,4 mL); fechou-se a bureta de admissão da amostra e direcionou-se a torneira para a pipeta de CO2.5 Rodou-se o suporte das pipetas até a abertura da pipeta do CO2 e alimentou-se a amostra à pipeta de CO2. Posteriormente, devolveu-se a amostra à bureta e voltou-se a alimentá-la, pelo menos, três vezes (é obrigatório ver e verificar o borbulhamento da amostra na solução da pipeta de CO2). Depois, de devolver o volume exato de amostra lida anteriormente, cerca de 12,6 mL, rodou-se o suporte, fechando a admissão da pipeta de CO2 e colocou-se o frasco de nível no suporte superior (nível inicial quando a amostra foi introduzida pela primeira vez); depois abriu-se a válvula de admissão de CO2 e a elevação do líquido na bureta corresponde ao volume de amostra absorvido pela solução na pipeta de CO2. Repetir o procedimento realizado para o CO2,
para a pipeta de O2 e posteriormente para a de CO. Por fim, abrir as válvulas para o exterior expelindo todo o excesso da amostra da bureta.
Tratando-se de um sistema de vasos comunicantes, durante todo o procedimento, as introduções de amostras à bureta são feitas pelo abaixamento, até aos níveis negativos, do frasco de nível. Pelo contrário todas as exclusões de amostra da bureta são feitas pela elevação, ate níveis superiores ao nível máximo da bureta, do frasco de nível.
3.5.3.2.2.2 Analisadores portáteis
Os analisadores de oxigénio e dióxido de carbono, monóxido de carbono e metano, utilizados neste trabalho são instrumentos capazes de detetar a composição de gás que sai do eletrolisador, com uma resposta rápida e precisão elevada. Devido, o baixo fluxo dos gases, estes foram recolhidos em sacos ou em ampolas destinados para esse fim e de seguida, procedeu-se à analise dos gases. Posteriormente, foram efetuadas análises de composição dos gases produzidos, nos analisadores portáteis (um analisador de Oxigénio e/ou dióxido de carbono e analisador de Monóxido de carbono, ambos da marca
KELISAIKE, e ainda, o analisador de metano (da marca Exibd I).
Na Figura 3.11, estão apresentados os analisadores portáteis usados neste trabalho experimental.
Figura 3.11 – Analisadores portáteis usados para medir as composições de CO, CH4, CO2 e O2,
Terminados os testes no eletrolisador A, procedeu à substituição deste pelos outros eletrolisadores usados. A principal diferença entre estes eletrolisadores reside principalmente, do material de que é feito e, nos tipos e a área dos elétrodos utilizados. Sendo este processo um processo cíclico, para cada ensaio experimental, todo o procedimento é efetuado praticamente da mesma forma, independentemente do eletrolisador utilizado.
3.5.4 E
XPLORAÇÃO DE NOVOS ELETRÓLITOS:
OSlíquidos
iónicos
Como solventes, os líquidos iónicos apresentam em relação aos solventes convencionais a vantagem de não terem pressão de vapor mensurável à temperatura ambiente, mesmo a temperaturas bastante elevadas, geralmente até se decomporem, o que por vezes não ocorre até > 400 °C (Bonhôte et al., 1996). No contexto da eletrólise da água, em particular, interessam as propriedades destes compostos como solventes, nomeadamente a solubilidade, a polaridade, a viscosidade e a gama de temperaturas em que podem ser utilizados.
Em primeiro lugar, foi analisada a solubilidade destes líquidos em água. Adicionou-se cerca de 1mL do LI em 20 mL de água contida num pequeno copo e, agitou-se. Para fazer uma maior homogeneização, recorreu-se ao auxílio de um agitador magnético e ainda, estudou-se a influência da temperatura na solubilidade dos líquidos iónicos em água. Procedeu-se do mesmo modo, para todos os líquidos apresentados na Tabela 3.1.
Para os líquidos iónicos solúveis em água, foram feitas medições do pH e da condutividade.