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Considérese una pila de combustible que, mediante la reacción global H2+½O2=H2O, genera 100 kW de electricidad. Se desea calcular:
a) Gasto másico de hidrógeno necesario suponiendo rendimiento máximo.
b) Gasto de aire necesario para suministrar el oxígeno requerido.
c) Gasto de agua que se obtendría si se desecase totalmente esa corriente de aire, suponiendo que se parte de aire ambiente a 95 kPa, 20 ºC y 70% HR.
d) Gasto de agua necesario para que la corriente de hidrógeno puro entre a la pila a 300 kPa y 300 K y saturada de vapor.
e) Flujo de calor a evacuar de la pila (suponiendo rendimiento máximo).

Datos:

>	read`../therm_chem.m`:with(therm_chem);with(therm_proc):

>	su1:="H2":su2:="H2O":su3:="Aire":dat:=[Wdot=100e3*W_,T0=(20+273)*K_,p0=95e3*Pa_,phi0=0.7,T1=300*K_,p1=300e3*Pa_,phi1=1];

Eqs. const.:

>	Fdat:=get_gas_data(su1):Wdat:=get_gas_data(su2),get_liq_data(su2):dat:=op(dat),Const,SI2,SI1:get_pv_data(su2):Adat:=get_gas_data(su3):

a) Gasto másico de hidrógeno necesario suponiendo rendimiento máximo.

Esa reacción puede dar hasta -hr=286 kJ/mol de calor y hasta -gr=237 kJ/mol de trabajo.

>	Wdotmax:=-ndotF*gr;eq:=H2+(1/2)*O2=H2O;hgsr25:=hgs_r25(eq);ndotFmin:=-Wdot/gr25;ndotFmin_:=subs(gr25=hgsr25[2],dat,ndotFmin);mdotF:='ndotF*MF';mdotF_:=ndotFmin_*rhs(Mf(su1));%*3600*s_/h_;

i.e. hacen falta 0,8 g/s de H2 (0,4 mol/s).

b) Gasto de aire necesario para suministrar el oxígeno requerido.

>	ndotO:=ndotF/2;ndotA:='ndotO/c21';ndotA_:=subs(ndotF=ndotFmin_,dat,ndotA);mdotA_:=subs(Adat,ndotA_*M);%*3600*s_/h_;

c) Gasto de agua que se obtendría si se desecase totalmente esa corriente de aire, suponiendo que se parte de aire ambiente a 95 kPa, 20 ºC y 70% HR.

>	mdotw:='w0*mdotA';eq8_8;w0_:=evalf(subs(dat,w(phi0,T0,p0)));mdotw_:=w0_*mdotA_;%*3600*s_/h_;

d) Gasto de agua necesario para que la corriente de hidrógeno puro entre a la pila a 300 kPa y 300 K y saturada de vapor.

>	eq8_2;xvsat_:=evalf(subs(dat,pv(T1)/p1));eqx:=xvsat=ndotv/(ndotF+ndotv);ndotv_:=solve(%,ndotv);ndotv__:=subs(xvsat=xvsat_,ndotF=ndotFmin_,%);mdotv_:=subs(Wdat,ndotv__*M);%*3600*s_/h_;

e) Flujo de calor a evacuar de la pila (suponiendo rendimiento máximo).

>	Qdotmin:=ndotF*PCS-Wdot;PCS_:=PCS(eq);Qdotmin_:=subs(dat,ndotFmin_*PCS_-Wdot);

i.e., si la pila da 100 kW, hay que evacuar al menos 20,5 kW más de calor, aunque en la práctica el rendimiento es bastante menor del límite 237/286=83% (e.g., si fuese eta=50%, habría que evacuar 100 kW).

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