Modello agli elementi finiti del sistema di contenimento
Il dispositivo di contenimento di celle combustibili analizzato è costituito da impilaggi (stacks) di elementi disposti all’interno di un contenitore dotato di quattro testate: un ingresso e un’uscita lato anodo, un ingresso e un’uscita lato catodo.
Le testate lato anodo sono ancorate all’impilaggio per mezzo di tiranti montati sui staffe installate sui lati orizzontali delle stesse.
Il sistema di ancoraggio ha la funzione di assicurare che sulla guarnizione di tenuta sia mantenuta, durante l’esercizio in regime termico, la pressione di lavoro richiesta.
Gli elementi di combustibile sono mantenuti in posizione da due piatti, uno superiore e uno inferiore, il cui livello di compressione è regolato da opportuni sistemi elastici. Le temperature interne sono di entità tale (superiori a 600°C) da far operare in regime di scorrimento viscoso l’acciaio inossidabile austenitico adottato. Le pressioni sono modeste (ordine di grandezza dei mbar); l’apparecchio non rientra, pertanto, nel dominio della direttiva europea per gli apparecchi a pressione.
Le analisi dello stato tensionale sono state eseguite con modelli agli elementi finiti di tutti gli elementi strutturali, utilizzando il software Ansys.
Le verifiche di accettabilità delle tensioni sono state eseguite con i criteri del Boiler and Pressure Vessel Code di ASME, tanto per quanto concerne i meccanismi di rottura governati dalle tensioni primarie e secondarie, quanto per l’interazione creep-fatica cui il componente è soggetto.
I carichi applicati constano dei gradienti di temperatura in direzione orizzontale tra le testate di ingresso e uscita lato anodo e lato catodo; delle forze di assetto trasmesse dalla tiranteria e dai sistemi elastici di regolazione; delle spinte esercitate dalle tubazioni esterne.
Una panoramica dei modelli agli elementi finiti adottati, inclusi carichi applicati e le mappe di tensione conseguenti sono mostrate nelle pagine:
1) Modello della testata lato anodo (vedi)
2) Modello del coperchio lato anodo (vedi);
3) Modello del coperchio lato catodo (vedi);
4) Modello delle piastre di chiusura e degli irrigidimenti (vedi);
5) Modello delle tubazioni di servizio (vedi).
