cercetare  proiecte Nucleu

Program NUCLEU perioada 2016-2017

Tehnologii Izotopice și Moleculare: de la Cercetare-Dezvoltare la Inovare- IZOMOL PN16 30

P2. Tehnologii avansate pentru producere, recuperare şi stocare de energie

Responsabil proiect: Dr. Adrian BOT

Faza 1: Proiectarea geometriei optimizate pentru grile de diferite dimensiuni

Termen de predare: 15.04.2016

Responsabil fază: Dr. Cristian MORARI

Rezultate: Au fost puse la punct și testate o serie de metode matematice și instrumente software dezvoltate cu scopul de a permite proiectarea de grile care permit o colectare optimă a curentului generat în electrodul pozitiv al bateriilor plumb-acid. Acestea sunt bazate pe analiza distribuției de potențial produsă de curenții care apar în timpul descărcării acumulatorului, respectiv pe efectul pe care aceasta îl are asupra ratei de conversie a masei active.
Prin analiza unei serii de modele constructive la care variază dimensiunile respectiv poziția colectorului au fost puse în evidență caracteristicile principiale ale unor modele optimizate de grilă colectoare. În rezumat au fost puse în evidență trei zone pe suprafața electrodului care sugerează distribuția grilelor colectoare într-o structură pe care am numit-o "dublu radială".

Faza 2: Studiul concentratoarelor solare de tip reflector şi refractor şi a receptoarelor termice cu structură spaţială de corp negru

Termen de predare: 15.06.2016

Responsabil fază: Dr. Ancuța Teodora SCHEUL

Rezultate: Prin parcurgerea unui mare număr de surse documentare, obiectivul introductiv al acestei prime faze a tematicii noastre a fost îndeplinit. Au fost elaborate schemele de principiu ale unui sistem de concentrator solar și au fost proiectate și realizate primele modele de receptor termic cu structură de corp negru 3D.

Faza 3: Sisteme de recepţie destinate captării şi conversiei energiei EM din spectrul de poluare ambientală (electrosmog)

Termen de predare: 15.08.2016

Responsabil fază: Dr.Ing. Emanoil SURDUCAN

Rezultate: În această etapă, proiectul şi-a îndeplinit obiectivul propus prin realizarea unui model experimental funcţional al unui sistem de captare a câmpului de poluare EM ambientală. Sistemul a fost testat în laborator, atingând astfel un nivel de maturitate tehnologică TRL4. În realizarea modelului experimental au fost realizate ca elemente distincte:
(i) o schemă de realizare a circuitului de conversie şi a antenei de recepţie;
(ii) implementarea unei metode de conversie a energiei EM în alte forme de energie, respectiv energie electrică DC. Pentru soluţia tehnică a recuperatorului individual de energie s-a depus o cerere de brevetare.
În etapa următoare va fi realizat un sistem de recuperare portabil, pe baza unei analize de optimizare/configurare a unui număr de recuperatoare individuale, sistem care va fi testat în condiţii reale de poluare cu electrosmog.

Faza 4: Proiect de concentrator solar cu lentile Fresnel, orientabil continuu pentru compensarea mișcării solare diurne

Termen de predare: 15.10.2016

Responsabil fază: Dr.Ing. Emil BRUJ

Rezultate: S-a definitivat proiectul de execuție a unui sistem concentrator solar – traductor, constituit din ansamblul orientabil continuu pentru compensarea mișcării diurne a soarelui utilizat în vederea captării eficiente a energiei solare. Ansamblul este format din lentile Fresnel pentru energie solară concentrată și panouri solare, precum și elemente de stocare a energiei pentru alimentarea motoarelor necesare mișcării ansamblului în vederea compensării mișcării solare. De asemenea, s-a achiziționat un motor Stirling împreună cu grupul generator, urmând a fi adaptat sistemului propus de concentrator solar - traductor, în următoarele etape ale proiectului.
S-a definitivat și s-a executat modelul experimental al unui sistem pentru determinarea eficienţei de conversie a energiei solare, în cazul în care se realizează compensarea mișcării solare diurne.

Faza 5: Fabricarea şi caracterizarea grilelor proiectate în faza 1

Termen de predare: 10.12.2016

Responsabil fază: Dr. Cristian MORARI

Rezultate: Au fost puse la punct şi testate o serie de metode şi instrumente software dezvoltate cu scopul de a permite proiectarea de grile care asigură o colectare optimă a curentului generat în electrodul pozitiv al bateriilor plumb-acid. Acestea sunt bazate pe: (i) analiza distribuţiei de potenţial produsă de curenţii care apar în timpul descărcării acumulatorului, (ii) efectul pe care aceasta îl are asupra ratei de conversie a masei active (iii) proprietăţile geometrice ale diverselor poligoane care intră în componenţa grilei (i.e. pentru a pune în evidenţă formele care conduc la valori extreme ale raportului perimetru-suprafaţă).
Prin aplicarea metodelor de analiză a calităţii gridului, dezvoltate de noi, asupra unor grile aflate în producţia industrială au fost trase concluzii suplimentare cu ajutorul cărora am propus o serie de principii pentru designul grilelor. Acestea au fost implementate, rezultând modele grafice pentru mai multe tipuri de grilă.
Cu ajutorul software-ului specializat, am convertit aceste structuri în fişiere de tip DWG. Aceste fişiere pot fi direct utilizate pentru fabricarea grilelor. Ca şi material, am utilizat foaie de plumb livrată de către ROMBAT SA. Grilele au fost fabricate prin decupare din foaia de plumb şi urmează să fie testate în vederea optimizării succesive în ultima etapă a proiectului.
Au fost puse la punct: (i) software dedicat pentru analiza proprietăţilor electrozilor (ii) metodă de fabricare rapidă a grilelor pentru electrozii din bateriile plumb-acid. Rezultatele acoperă integral obiectivele fazei. Prin continuarea activităţilor de testare şi optimizare a electrozilor conform proiectului va fi posibilă atingerea obiectivului final.

Faza 6: Captarea energiei EM ambientale prin absorbţia în culturi de plante şi utilizarea lor ca perdea anti-electrosmog în valoare de 460.000 lei, conform propunerii.

Termen de predare: 10.12.2016

Responsabil fază: Dr.Ing. Vasile SURDUCAN

Rezultate: În acestă etapă proiectul şi-a atins în totalitate obiectul propus prin realizarea unui model experimental funcţional conţinând:
(i) sisteme de creştere pentru două (2) perdele vegetale,
(ii) opt (8) instalaţii autonome (cu alimentare solară) pentru udarea plantelor, prin măsurarea permanentă a umidităţii solului şi controlul picurării, la un nivel de maturitate tehnologică TRL4.
Pentru soluţia tehnică a instalaţiei autonome de udare a plantelor am aplicat pentru (iii) o cerere de brevet de invenţie naţional.
În etapa următoare vom urmări corectarea următoarelor probleme depistate:
(i) creşterea încetinită a perdelei vegetale datorate în principal temperaturii foarte ridicate a solului din jardiniere combinată cu volumul redus de sol;
(ii) pentru instalaţiile de udare ce funcţionează afară este necesară modificarea sistemului de alimentare cu mufe de conexiune cu grad de protecţie IP54 (stropirea cu apă din orice direcţie trebuie să nu aibă nici un efect nociv asupra echipamentului).

Faza 7: Reactor cu microunde pentru reconversia necatalitică a uleiurilor de motor uzate

Termen de predare: 15.06.2017

Responsabil fază: Dr. Cristian TUDORAN

Rezultate: S-a definitivat proiectul de execuţie al componentelor reactorului cu microunde pentru reconversia necatalitică a uleiurilor de motor uzate şi s-a realizat construcţia fizică a acestora, asamblarea generală a sistemului.

Faza 8: Sisteme de recepție portabile destinate captării şi conversiei electrosmogului

Termen de predare: 15.08.2017

Responsabil fază: Dr. Ing. Emanoil SURDUCAN

Rezultate: (i) Realizarea unui model experimental funcțional al unui Sistem de recepţie portabilă destinat captării şi conversiei electrosmogului, la un nivel de maturitate tehnologică TRL4. Prototipul realizat se bazează pe o cerere de brevet publicată, RO131697 (A0) ― 2017-02-28;
(ii) Prezentarea “Antenă de bandă largă şi antenă redresoare realizată cu această antenă pentru colectarea electrosmogului şi conversia lui în energie electrică” la Salonul internațional al cercetării inovării şi inventicii, PROINVENT , ediția XV, 2017, a obținut Diploma de Excelență şi Medalia de Aur;
(iii) Pentru realizarea prototipului au fost implementate suplimentar față de metoda estimată inițial (metode de masură a nivelului de poluare EM ambientală) o tehnologie-metodă de realizare în serie mică a antenelor din aria de antenere redresoare a sistemului de recepţie portabilă destinat captării şi conversiei electrosmogului şi o metodă de caracterizare a antenelor redresoare realizate cu acestă tehnologie în vederea selectării/grupării lor după performanța de conversie.

Faza 9: Caracterizarea absorbţiei câmpului EM în plante

Termen de predare: 15.08.2017

Responsabil fază: Dr.Ing. Vasile SURDUCAN

Rezultate: (i) finalizarea unui experiment complex de evidenţiere a efectului electrosmogului asupra plantelor expuse acestuia;
(ii) realizarea unui model experimental funcţional al unui dispozitiv de emisie RF cu amplitudinea şi spectrul similar cu al electrosmogului (TRL4) şi
(iii) realizarea unei metode de măsură a gradului de absorbţie al electrosmogului în perdele de plante.
Metoda de captare a electrosmogului în perdele vegetale se dovedeşte a fi una viabilă reducând nivelul de poluare ambiental de cca. 4 ori, absorbţia acestuia în plante producând o accelerare a germinării şi a creşterii cu aproximativ 20% mai mare comparativ cu loturi de plante fără expunere la electrosmog situate în aceleaşi condiţii ambientale.
Rezultatele oţinute au fost diseminate prin:
(i) 1 articol publicat (A.Halmagyi, E.Surducan, V.Surducan, The effect of low- and high-power microwave irradiation on in vitro grown Sequoia plants and their recovery after cryostorage, 2017, J. Biol. Phys. DOI 10.1007/s10867-017-9457-4);
(ii) 1 articol aflat în fază de review (V.Surducan, E.Surducan, A Novel and Cost Competitive Capacitive Soil Moisture Sensor for Autonomous Micro-Irrigation, IEEE Sensors, submitted to review 07.18.2017).

Faza 10: Testarea funcţionării reactorului cu microunde pentru reconversia necatalitică

Termen de predare: 15.10.2017

Responsabil fază: Dr. Cristian TUDORAN

Rezultate: În această fază a proiectului au fost verificate cu succes toate componentele reactorului cu microunde pentru reconversia uleiului de motor uzat (proiectat și realizat fizic în etapa precedentă). De asemenea a fost încercată funcționarea reactorului prin obținerea unui eșantion de ulei de piroliză, a cărui caracterizare termică a fost realizată apoi printr-o metodă modernă non-contact (metoda fotopiroelectrică). Rezultatele pozitive obținute au condus la demararea unei colaborări pe această temă cu echipa de cercetare de la Instituto Motori din Napoli.

Faza 11: Fabricarea de modele experimentale pentru baterii plumb-acid cu grile optimizate

Termen de predare: 15.11.2017

Responsabil fază: Dr. Cristian MORARI

Rezultate: Au fost fabricate şi testate modele experimentale funcționale pentru acumulatori de tip plumb acid. Aceste modele au fost realizate în colaborare cu Rombat SA utilizând elemente de tenhnologie industrială (suportul, material pastare, electrod negativ) cât și elemente fabricate în cadrul prezentului proiect (electrozi pozitivi optimizați).
Testatea s-a făcut atât prin metode standard, de tip industrial (ciclare DOD) cât şi prin metode avansate de spectroscopie de impedanță.
Testele de tip DOD indică o stabilitate în funcţionare a bateriilor fabricate care atinge un număr de 100 de cicluri, reprezentând limita pentru utilizarea industrială. Capacitatea celulelor de aproximativ 53 Ah, la descărcare e până la 1.75 V.
Prin spectroscopie de impedanță am pus în evidență atât mecanismul de uzură al bateriei, concretizat în trei regimuri de funcționare pe parcursul ciclării DOD, cât și o metodă de monitorizare a calităţii electrodului. Aceasta are la bază fitarea circuitului echivalent cu elemente de tip CPE (constant phase element) care permit analiza calitativă a suprafeței electrodului în timpul funcționării.
Prin analiza statistică a datelor ce urmează să fie produse în cadrul colaborării dintre INCDTIM şi ROMBAT SA este posibilă determinarea explicită a elementelor tehnologice care conduc la îmbunătățirea calității bateriei, în plus față de optimizarea formei geometrice a electrodului.

Faza 12: Fabricarea de modele experimentale pentru baterii plumb-acid cu grile optimizate

Termen de predare: 20.12.2017

Responsabil fază: Dr. Vasile REDNIC

Rezultate: S-a realizat execuția tuturor subansamblelor mecanice și electrice ale modelului experimental realizat în etapa anterioară. A fost realizat și testat montajul general al ansamblului de grup generator electric pe bază de radiație solară concentrată.
De asemenea au fost elaborate un model și o metodă experimentală pentru determinarea eficienței de conversie a energiei solare și un produs informatic pentru determinarea parametrilor de funcționare și monitorizare a energiei electrice obținute pentru generatoarele electrice pe bază de energie solară concentrată folosind sisteme de tip “tracking”.
Rezultatele obținute în această fază s-au concretizat prin 10 contribuții științifice și tehnice comunicate la workshop-uri și conferințe internaționale cât și o cerere de brevet (A/01092 din 11.12.2017).
Rezultatele obținute au condus la întregirea ciclului cercetării științifice în institut prin accentuarea activității de dezvoltare și creare de produse inovative cu potențial ridicat de transfer tehnologic în domeniul energiilor alternative.