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Le celle a combustibile: analisi tecnico-economica

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12 1.4. Rendimento ideale e reale di una cella. Definito dunque il ∋G, possiamo definire un rendimento termico ideale Κ che sarà pari al lavoro elettrico (ideale) prodotto diviso l’energia teoricamente fornita : Κ id = ∋G/ ∋H = ( ∋H-T ∋S)/ ∋H = 1-T ∋S/ ∋H (1.5) Con questa arbitraria definizione di rendimento si possono osservare delle situazioni apparentemente sorprendenti : i valori di ∋G e ∋H possono risultare molto vicini (il che garantisce rendimenti molto elevati), ma talvolta si osservano valori di ∋G maggiori, in valore assoluto, di ∋H (e questo fornirebbe valori di rendimento superiori al 100 che non ha evidentemente alcun significato fisico). Il fatto è che con G 2 -G 1 = H 2 -H 1 -T(S 2 -S 1 ) e con ° ∋G ° ° ∋H ° si presuppone che del calore (T ∋S) venga trasferito dal sistema all’ambiente esterno (e che venga completamente perduto) ; viceversa avere ° ∋G ° ! ° ∋H ° implica necessariamente ∋S !0 e quindi Q = T ∋S !0 e cioè un trasferimento di calore dall’esterno al sistema per mantenere isotermica la reazione. E’ bene ricordare che stiamo parlando di reazioni esotermiche ( ∋H 0) e quindi con ∋G = ∋H T ∋S avere ∋S !0 significa che ∋G ∋H ma anche che ° ∋G ° ! ° ∋H ° poiché entrambe le quantità hanno segno negativo. Il primo principio della termodinamica non viene dunque violato anzi, secondo me, in questo caso la (1.5) perde di significato poiché se consideriamo il rendimento come lavoro prodotto diviso l’energia fornita, allora l’energia fornita è pari alla variazione di entalpia + il calore fornito dall’esterno (che è pari almeno a °T ∋S °) e quindi il rendimento si modifica come segue : Κ id = ° ∋G °/( ° ∋H °+ °T ∋S °) = 1 cioè il 100 dell’energia fornita la ritroviamo sotto forma di lavoro elettrico (questo sempre in condizioni ideali). Supponiamo ora di avere una cella che lavori a temperatura ambiente : in questo caso particolare, sempre nell’ipotesi di reazioni con ∋S !0 (che per la verità sono piuttosto poche), se non forniamo energia termica al sistema, la cella tenderà a reagire abbassando la sua temperatura. Infatti la quantità di calore T ∋S è necessaria per mantenere isotermo il sistema, e se questa quantità non entra in gioco la cella tenderà a raffreddarsi. A questo punto, non appena la temperatura della cella è inferiore alla temperatura ambiente, vi sarà un naturale scambio termico tra due corpi aventi temperature diverse. Ecco dunque che la cella ridurrà la propria temperatura fino a quando la quantità di calore sottratto naturalmente all’ambiente sarà proprio pari a T ∋S. La temperatura di equilibrio sarà in realtà molto vicina alla temperatura ambiente date le piccole quantità in gioco (sia ∋S che T assumono valori piuttosto ridotti), tuttavia, almeno dal punto di vista teorico, abbiamo di fronte un sistema dal rendimento pari a ∋G/ ∋H !1 anche se di poco. Infatti in questo caso l’energia fornita al sistema è pari alla sola variazione di entalpia visto che l’energia termica proviene dalla sorgente termica ambiente (e quindi è del tutto gratuita).
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Le celle a combustibile: analisi tecnico-economica

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Informazioni tesi

  Autore: Alberto Barbero
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 1994-95
  Università: Università degli Studi di Padova
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria gestionale
  Relatore: Renato Lazzarin
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 155

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Parole chiave

cella a combustibile
elettrochimica
fuel-cell
idrogeno

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