Please use this identifier to cite or link to this item: http://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/11311
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorMd. Raisuddin Khan, Ph.Den_US
dc.contributor.advisorAmir Akramin Shafie, Ph.Den_US
dc.contributor.authorTaiwo, Ajala Mosuden_US
dc.date.accessioned2023-03-23T03:50:24Z-
dc.date.available2023-03-23T03:50:24Z-
dc.date.issued2021-
dc.identifier.urihttp://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/11311-
dc.description.abstractFirefighters typically fight the fire from a safe distance for their protection, which contributes to inefficient firefighting operations. As a result, firefighting robots (FFRs) are integrated into firefighting tasks to increase firefighters’ work performance. The power supply issue is one of the significant challenges when developing an FFR that operates in the real-life fire scenario. Electrically powered-dc motors (DCPM) are the most common power sources utilized for the mobility of the FFRs. However, the DCPM performance is unreliable in a high-temperature environment that characterizes a real-life indoor fire emergency. Therefore, this study aims to develop a carbon dioxide (CO2) gas based propulsion system for FFR application. The CO2 gas based propulsion system (CO2_PROS) is composed of a pneumatic (air) motor and a CO2 gas-power source. The pneumatic motor is used as the actuator for the FFR system, while the CO2 gas (instead of the conventional ‘air’) generated in-situ from dry ice within the robotic system is used as the power source. The mass of dry ice (MDi), is computed analytically using a governing equation that was based on the ideal gas equation. With an air motor consumption requirement of 33 lpm, an operating time of five minutes, and supply pressure to the air motor ranging from 14 psi to 22 psi, a volume of 165 liters was computed as the required volume to efficiently power the proposed carbon dioxide gas propulsion system for a selected FFR operating time. Previous studies that used the phase change of carbon dioxide are limited to generating a high volume of CO2 gas from dry ice without reference to the production rate of the gas. Thus such consideration remains a design requirement for the efficient driving of a FFR. Based on the limited data on the sublimation rate (SR) of dry ice, hot water is used as a catalyst in this research. An experimental approach was employed to examine the design parameters to investigate their effects on the system responses. Using a design of experiment technique, a full-factorial design along with response surface methodology approaches, MDi and water temperature (TW) were identified as the two influencing variables on the SR of dry ice. The results obtained showed that higher TW and MDi leads to increased SR, with MDi having a higher effect on the SR. An optimal SR of 0.1025 g/s was obtained at a temperature of 80 °C, mass of 16.1683 g, and sublimation time of 159.375 s. A prototype of the CO2_PROS power source, which is known as the dry ice power chamber (DiPC), was designed and prototyped in this study. An experimental test rig that integrates TONSON air motor with a prony brake arrangement was utilized to examine the functionality of the prototyped DiPC. The air motor was powered with the generated in-situ CO2 gas and air at different periods. The performance of the air motor, using air and CO2 as fluid media, was analyzed using the mechanical power output (Pout) and efficiency produced by the air motor. The results showed that the Pout of the air motor demonstrates the same trend when using air or CO2 gas as its power source. In both cases, Pout rises as the pressure increases when the torque is kept constant. The result obtained is significantly lower than the estimated result of 110 W, because the air motor did not perform as per the specification on its nameplate. This study, however, established the use of CO2 gas power source in firefighting robots. An air motor with less internal losses could be used to achieve the expected power.en_US
dc.language.isoenen_US
dc.publisherKuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2021en_US
dc.subject.lcshPropulsion systemsen_US
dc.subject.lcshCarbon dioxide -- Thermal propertiesen_US
dc.subject.lcshFire protection engineeringen_US
dc.titleDesign and development of a carbon dioxide based propulsion system for firefighting roboten_US
dc.typeDoctoral Thesisen_US
dc.description.identityt11100328459AjalaMosudTaiwoen_US
dc.description.identifierThesis : Design and development of a carbon dioxide based propulsion system for firefighting robot / by Ajala Mosud Taiwoen_US
dc.description.kulliyahKulliyyah of Engineeringen_US
dc.description.programmeDoctor of Philosophy (Engineering)en_US
dc.description.abstractarabicفي العادة، يواجه رجال الإطفاء النار عن بعد لحماية أنفسهم، مما يقلل من فاعلية عمليات مكافحة الحرائق. ونتيجة لذلك، يتم دمج روبوتات الإطفاء في مهام مكافحة الحرائق من أجل رفع مستوى الأداء. وتعدّ مسألة إمداد الطاقة من أبرز التحديات عند تطوير روبوتات الإطفاء التي تعمل في سيناريو الحريق الحقيقي. كما تعدّ محركات التيار الكهربائي المستمر من أكثر مصادر الطاقة شيوعاً واستخداماً في تنقل روبوتات الإطفاء. ومع ذلك، فإن أداء محركات التيار الكهربائي المستمر لا يمكن الاعتماد عليه في بيئة ذات درجة حرارة عالية، كالتي تميز حالة الطوارئ الناتجة عن الحريق داخل المباني. لذلك، تهدف هذه الدراسة إلى تطوير نظام دفع يعتمد على غاز ثاني أكسيد الكربون لتشغيل روبوتات الإطفاء. يتكون نظام الدفع المعتمد على غاز ثاني أكسيد الكربون من محرك بالهواء المضغوط ومصدر طاقة يعتمد غاز ثاني أكسيد الكربون. حيث يستخدم محرك الهواء المضغوط كمشغل لنظام روبوتات الإطفاء، بينما يستخدم غاز ثاني أكسيد الكربون (بدلاً من الهواء الطبيعي) الناتج من الجليد الجاف داخل نظام الروبوت كمصدر للطاقة. يتم حساب كتلة الجليد الجاف تحليلياً باستخدام معادلة تحكم تستند إلى معادلة الغاز المثالي. مع متطلب استهلاك للمحرك الهوائي بمقدار 33 لتر في الدقيقة، ووقت تشغيلي خمس دقائق، وإمداد ضغط للمحرك الهوائي يتراوح بين 14 إلى 22 باوند للبوصة المربعة، تم حساب الحجم المطلوب للتشغيل الفعال للروبوت المقترح لمكافحة الحرائق لدفع ثاني أكسيد الكربون ومقداره 165 لتر. إنّ الدراسات السابقة التي استخدمت التغيير المرحلي لثاني أكسيد الكربون مقتصرة على توليد كمية كبيرة من غاز ثاني أكسيد الكربون من الثلج الجاف دون الإشارة إلى معدل إنتاج الغاز. وبالتالي، يظل هذا الاعتبار أحد متطلبات التصميم للتحريك الفعال لروبوت مكافحة الحرائق. وبناءً على محدودية البيانات حول معدل التسامي للجليد الجاف، تم استخدام الماء الساخن كعامل مساعد في هذا البحث. كما تم استخدام منهج تجريبي لفحص عوامل التصميم للتحقق من تأثيرها على استجابات النظام. وباستخدام تقنية تصميم التجربة، وتصميم كامل العوامل، إضافة إلى منهجية سطح الاستجابة، تم تحديد كتلة الجليد الجاف ودرجة حرارة الماء كمتغيرين مؤثرين على معدل التسامي للجليد الجاف. أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها أن زيادة درجة حرارة الماء وكتلة الجليد الجاف يؤدي إلى زيادة معدل التسامي، في حين أن كتلة الجليد الجاف لها تأثير أكبر على معدل التسامي. وقد تم الحصول على معدل التسامي الأمثل 0.1025 غم/ ثانية، عند درجة حرارة 80 درجة مئوية، وكتلة 16.1683 غم، ووقت تسامي 159.375 ثانية. في هذه الدراسة، تم تصميم نموذج أولي لمصدر طاقة للروبوت المقترح لمكافحة الحرائق، يعرف باسم حجرة طاقة الجليد الجاف. حيث تم استخدام جهاز اختبار تجريبي يدمج بين محرك (تونسون) الهوائي مع نظام فرامل (بروني) لفحص وظائف نموذج حجرة طاقة الجليد الجاف المقترحة. تم تشغيل المحرك الهوائي بوساطة غاز ثاني أكسيد الكربون المتولد والهواء في فترات مختلفة. تم تحليل أداء المحرك الهوائي، باستخدام الهواء وثاني أكسيد الكربون كوسط مائع، باستخدام ناتج الطاقة الميكانيكية والكفاءة التي ينتجها المحرك الهوائي. وتشير النتائج إلى أن ناتج الطاقة الميكانيكية للمحرك الهوائي يظهر الاتجاه نفسه عند استخدام الهواء أو غاز ثاني أكسيد الكربون كمصدر للطاقة. ففي كلتا الحالتين، يرتفع ناتج الطاقة الميكانيكية مع زيادة الضغط عندما يكون عزم الدوران ثابتاً. والنتيجة التي تم الحصول عليها أقل بكثير من النتيجة المتوقعة وهي 110 واط، وذلك لأن محرك الهواء لم يعمل وفقاً للمواصفات الموجودة على لوحة التعريف الخاصة به. ومع ذلك، فقد أسست هذه الدراسة لاستخدام غاز ثاني أكسيد الكربون كمصدر طاقة في روبوتات مكافحة الحرائق. ويمكن استخدام محرك هوائي ذي خسائر داخلية أقل لتحقيق الطاقة المتوقعة.en_US
dc.description.callnumbert TL 709 T135D 2021en_US
dc.description.notesThesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2021.en_US
dc.description.physicaldescriptionxxi, 154 leaves : colour illustrations ; 30cm.en_US
item.openairetypeDoctoral Thesis-
item.grantfulltextopen-
item.fulltextWith Fulltext-
item.languageiso639-1en-
item.openairecristypehttp://purl.org/coar/resource_type/c_18cf-
item.cerifentitytypePublications-
Appears in Collections:KOE Thesis
Files in This Item:
File Description SizeFormat 
t11100328459AjalaMosudTaiwo_24.pdf24 pages file1.19 MBAdobe PDFView/Open
t11100328459AjalaMosudTaiwo_SEC.pdf
  Restricted Access
Full text secured file9.45 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy
Show simple item record

Google ScholarTM

Check


Items in this repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated. Please give due acknowledgement and credits to the original authors and IIUM where applicable. No items shall be used for commercialization purposes except with written consent from the author.