L’Accelerating Rate Calorimeter 254 (ARC® 254) permette di acquisire dati di calorimetria adiabatica in un ambiente di laboratorio controllato e sicuro. Queste informazioni consentono una buona conoscenza dei processi fisici di base coinvolti. Con queste informazioni è possibile sviluppare dispositivi e procedure di sicurezza che aiutino a minimizzare i rischi contingenti dei sistemi reattivi.
L’Accelerating Rate Calorimeter 254 (ARC® 254) misura simultaneamente la temperatura e la pressione. Il sistema a tenuta di pressione consente all’utente di valutare gli effetti del tipo di atmosfera di gas sulla stabilità termica del sistema.
I prodotti gassosi delle reazioni possono essere analizzati alla fine di un esperimento, come ulteriore aiuto all’identificazione del meccanismo di reazione in gioco.
L’Accelerating Rate Calorimeter 254 (ARC® 254) è progettato per modellare su piccola scala il decorso di reazioni che nella pratica vengono condotte su larga scala. Il materiale di prova viene scaldato esternamente in un volume piccolo e definito, finché non viene rivelata un’attività esotermica. Mantenendo il campione in un intorno adiabatico, dove l’energia non viene persa, il calorimetro misura e quindi registra i dati di temperatura e di pressione del campione.
Un singolo esperimento fornisce i seguenti dati:
- Valutazione dei Rischi Termici
- Valutazione dei rischi di pressione
- Analisi Termocinetiche
La sicurezza dell’utente è uno dei punti chiave nella progettazione modello 254. L’utente è protetto da una serie di sistemi di sicurezza che sono totalmente indipendenti dal sistema di controllo. Questi dispositivi servono a proteggere l’utente nel caso il sistema di controllo principale non funzioni. L’Accelerating Rate Calorimeter 254 (ARC® 254) è totalmente controllato via computer, è altamente automatizzato e lavora con un’interfaccia utente intuitiva e facile da usare.
Il sistema è completamente integrato in una linea pulita e moderna, nella quale ogni componente comunemente usata è facilmente accessibile.
- Velocità minima rivelabile:
< 0.01°C/min - Range di temperatura:
da RT a 500°C - Range operativo di pressione della cella di misura: da 0 a 200 bar
- Accuratezza pressione:
0.35% su tutto l’intervallo - Volume del porta campione:
0.5 ml – 8.5 ml - Controllo della velocità di operazioni adiabatiche
fino a 200K/min - Celle di prova in:
- Acciaio
- Inconel
- Hastelloy
- Vetro
- Accuratezza in temperatura:
+/-0.1°C più incertezza sulla termocoppia - Conformità ASTM E1981
- VariPhi® è un sistema di riscaldamento controllato usato nell’Accelerating Rate Calorimeter (ARC®) per simulare nella maniera più accurata l’intorno termico reale.
- Il sofisticato software di calibrazione di VariPhi® regola e registra la quantità di energia fornita dall’elemento riscaldante interno.
- VariPhi® consente misure precise di calore, pressione e reattività all’interno del campione, evitando l’uso di complicate correzioni matematiche.
- VariPhi®, brevetto US 7,021,820 B2.
VariPhi® nella modalità Accelerating Rate Calorimeters (ARC®)
Gli elementi riscaldanti dell’Accelerating Rate Calorimeter (che agiscono come riscaldamento di guardia) creano un intorno quasi-adiabatico ben controllato per il sistema VariPhi®, bomba e campione. Ciò consente di analizzare il campione nelle modalità standard per i Calorimetri ARC®, quali Heat-Wait-Search, Iso-Fixed, e Iso-Track.
Le caratteristiche chiave di VariPhi® nella modalità Accelerating Rate Calorimeter sono:
- L’elemento riscaldante interno compensa il calore ceduto dal campione alla bomba durante il processo esotermico.
- L’utente può definire l’inerzia termica o il fattore PHI (Φ) durante l’analisi. L’elemento riscaldante restituisce tutto o parte del calore ceduto dal campione alla bomba. L’utente può stabilire l’esatta inerzia termica con cui condurre l’analisi.
- Le analisi possono essere condotte con la stessa inerzia termica sperimentata nella realtà dell’impianto produttivo o del contenitore di stoccaggio.
- La capacità termica del campione è misurata in funzione della temperatura.
- Le cinetiche che dipendono dall’inerzia termica, come nel caso di reazioni competitive che non possono essere compensate matematicamente, non sono più un problema.
- L’inerzia termica può essere corretta senza bisogno di estrapolare i dati cinetici da sovrapposizioni o reazioni multiple.
- I dati ottenuti corrispondono direttamente alle condizioni reali di lavoro o di conservazione, consentendo di rendere tali informazioni più accessibili ai non esperti di calorimetria.
VariPhi® in Modalità Scansione
Usando VariPhi® come ulteriore elemento riscaldante, l’utente può condurre con l’Accelerating Rate Calorimeter (ARC®) esperimenti dinamici per ottenere maggiori informazioni sulla reattività del campione.
Operando in modalità scansione, VariPhi® può misurare gli effetti endotermici ed esotermici, la capacità termica e la pressione all’interno di un campione, in modo più veloce ed economico rispetto ad un calorimetro differenziale a scansione classico.
VariPhi® in modalità scansione possiede i seguenti vantaggi:
- Acquisizione dati dei processi esotermici più veloce della modalità Heat-Wait-Search
- Capacità termica misurata direttamente come funzione della temperatura
- Misure e capacità potenziate rispetto ad un’analisi DSC tradizionale
- Attività endotermiche
- Dati di pressione
- Possibilità di iniettare campioni
- Possibilità di mescolare i campioni
- Possibilità di impostare il valore di inerzia termica per comparazione diretta con la realtà produttiva
VariPhi® in Modalità Isoterma
Grazie alla tecnologia VariPhi®, con l’ARC® 254 si possono condurre vere analisi calorimetriche in isoterma, per lo studio di sostanze chimiche o di batterie.
In questa modalità, VariPhi® fornisce le seguenti informazioni:
- Vere operazioni isoterme
- Registrazione di eventi sia endotermici che esotermici
- Carica e scarica isoterma di batterie
VariPhi® in Modalità Esposizione alla Fiamma
Con la tecnologia VariPhi® è possibile fornire potenza per compensare e mantenere il valore phi = 1.0 (i test di esposizione alla fiamma devono essere condotti a phi=1). Il contributo energetico del fuoco è aggiunto in modo costante direttamente al campione.
In questa modalità, VariPhi® fornisce le seguenti informazioni:
- Simulazioni di esposizione alla fiamma più accurate
- Determinazione del calore di reazione
- Determinazione delle cinetiche
- Il Software si adatta automaticamente allo strumento e all’applicazione
- Set-up intuitivo dei metodi analitici in ambiente Windows con controllo dell’inserimento dati per ridurre i refusi
- Salvataggio metodi per richiami e usi successivi
- Aiuto on-line, di facile comprensione e completo, disponibile in tutto il software
- Salvataggio automatico dei dati sul disco fisso nel corso dell’analisi
- Firmware intelligente per il monitoraggio dello stato e dell’integrità dei sensori chiave e delle altre componenti attive
- Sicurezza integrata con controlli hardware e firmware
- Perfetta integrazione dei file nel software Proteus® Analysis, nei software avanzati NETZSCH o in software di terze parti.
L’Accelerating Rate Calorimeter permette analisi termiche di prodotti chimici solidi e liquidi o di miscele gas/liquido, liquido/liquido, gas/solido, e liquido/solido. Può essere usato anche per simulare i processi nei reattori batch o semi-batch, per lo studio delle batterie, per i test di esposizione al fuoco, per la progettazione di ventole e sistemi di emergenza e per la determinazione delle proprietà fisiche.
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Lithium Ion is becoming the technology choice for HEV, PHEV, as well as many stationary applications. The White Paper explains how the unique combination of adiabatic and isothermal testing are best suited for looking at thermal runaway of cells within packs for the design of safety features and to minimize the risks of internal shorting leading to thermal runaway.