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Caratterizzazione meccanica delle membrane realizzate a temperatura ambiente e ad alta temperatura

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Caratterizzazione meccanica delle membrane realizzate a temperatura ambiente e ad alta temperatura

Nel presente documento sono descritte le attrezzature e le metodologie impiegate per realizzare la caratterizzazione meccanica ad elevata temperatura di campioni ceramici asimmetrici – composti da uno strato denso sottile sovrapposto ad uno più spesso e poroso – e sono illustrati gli esiti delle prove. Da questi, attraverso una opportuna analisi statistica, sono dedotti i parametri da utilizzare, in una successiva fase di progettazione del modulo a membrana per la separazione di ossigeno, per tenere conto della resistenza del materiale nelle effettive condizioni di esercizio.

Il materiale ceramico che si intende utilizzare per la realizzazione di un modulo a membrana per la separazione di ossigeno è stato oggetto di una attività di caratterizzazione meccanica a caldo, le cui modalità ed i cui esiti sono descritti nel presente rapporto.

Nel documento sono illustrate le apparecchiature e le procedure utilizzate nell’operare tali prove. I test sono stati condotti alla temperatura di 950 °C, rappresentativa della condizione in cui si prevede di esercire i moduli in ambito industriale; i risultati ottenuti sono confrontati con quelli, precedentemente acquisiti e già documentati, di analoghe indagini condotte a temperatura ambiente.

I dati risultanti dalle singole prove realizzate sono stati trattati conformemente a quanto prescritto dalle norme internazionali riguardanti la caratterizzazione di materiali ceramici, pervenendo alla determinazione di una coppia di parametri – dedotti dalla statistica secondo Weibull dei dati acquisiti – da utilizzarsi in fase di progettazione del componente per tenere conto della resistenza meccanica del materiale che si intende impiegare.

Utilizzando i dati desunti dall’esito delle prove meccaniche a caldo è stata stimata la probabilità di rottura di alcuni possibili differenti versioni dei moduli ceramici; le geometrie di questi ultimi, caratterizzate da diverse ampiezze dei canali destinati ad essere percorsi dalla miscela formata dal gas di pulizia (sweep gas) e dall’ossigeno permeato attraverso la membrana, sono state selezionate considerando l’effettiva – e verificata – realizzabilità pratica dei manufatti da assemblare per comporre il modulo.

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