Domanda tecnica.... e possibili sviluppi!

[nickely]

Ricapitoliamo:
Sono stato indotto a pensare che il materiale che sto esaminando sia buono per fare un dewar per l'idrogeno liquido a causa di questa frase:

"Because of its exceptional toughness, GUR withstands some impact stress without cracking, even at the temperature of liquid helium (–269 °C)"
Trovata a pagina 12 di questo link:http://www.miningandengineeringwa.com.au/__novadocuments/44345?v=635257804317800000

Tuttavia mi avete fatto notare che a quella temperatura la resilenza arriva a circa 10/15 Kj/m^2 che, convertendola con questo:
METRIC CONVERSION CHART risluta essere circa 1/8 della resilenza di questi acciai speciali:
(pagina 11) http://www.centroinox.it/sites/default/files/pubblicazioni/16A.pdf

Mi ero quasi serenamente convinto quando ho riletto questa frase del primo link sempre a pagina 12:

2.2.3 Impact strength properties
An important property of GUR is its high impact strength, which retains good values down to very low temperatures. Even very severe impact stresses do not lead to specimen failure. In the notched impact test according to ISO 179, no specimen fracture is obtained. For this reason, the notched impact test for GUR has been modified (14° V-notch on both sides) and standardized as ISO 11542-2 for PE-UHMW.

Tradotto: il normale Test effettuato con il Pendolo di Charpy - Wikipedia è risultato insufficiente per testare questo nuovo materiale; non si rompeva. E' talmente resistente che si sono dovuti inventare un nuovo test appositamente per questi nuovi materiali: ISO 11542 http://211.67.52.20:8088/xitong/BZ\8144081.pdf
Il mio imbarazzo quindi rimane, la resilenza calcolata per i " normali" acciai non puo essere comparata con questa perchè effettuata con test diversi.
Resta il fatto che se diamo retta alla seconda frase evidenziata questo materiale sembrerebbe quantomeno più resistenze degli acciai speciali a parità di test POICHE' IL CAMPIONE NON SI SPEZZAVA NEANCHE A -269C° ( elio liquido, penso la temperatura limite a cui facevano i test)
Che ne pensate?

 

[experimentator]

Ho semplicemente evidenziato quanto scritto nell'articolo e ritengo l'idrogeno, in certe condizioni ovviamente, meno pericoloso di altri combustibili. Nessuno ti costringerà mai a metterti l'idrogeno in casa.

IO ho sempre saputo dalle mie reminiscenze scolastiche invece che è proprio l'idrogeno il gas in assoluto più pericoloso a causa della facile esplosività, in tutti i casi e nel caso di ritorno di fiamma .
Basta ricordare il disastro del Challanger , come una piccola perdita ha portato alla distruzione totale dell'astronave ,o nel caso del dirigibile Zeppelin .
Sono eventi epocali storici che hanno sconsigliato infatti nel tempo l'utilizzo di tale gas.

 

[nickely]

IO ho sempre saputo dalle mie reminiscenze scolastiche invece che è proprio l'idrogeno il gas in assoluto più pericoloso a causa della facile esplosività, in tutti i casi e nel caso di ritorno di fiamma .
Basta ricordare il disastro del Challanger , come una piccola perdita ha portato alla distruzione totale dell'astronave ,o nel caso del dirigibile Zeppelin .
Sono eventi epocali storici che hanno sconsigliato infatti nel tempo l'utilizzo di tale gas.

Salve Zagami, è un piacere vedere che altre persone qualificate si stanno interessando a questo post :bye1:, per quanto riguarda la sua osservazione: è vero; l'idrogeno ha un'energia di attivazione inferiore ad altri combustibili, ma quanto significativa in casi di stoccaggio statico?
Esclusi gli utilizzi spaziali per i quali entriamo in un campo dove le forze in gioco sono un pelo diverse (accelerazioni, sollecitazioni dinamiche, pressioni e portate di utilizzo etc etc) e dove, tra l'altro, CONTINUANO a usare idrogeno liquido; detto in parole povere, la sigaretta accessa, l'accendino, la scintilla elettrostatica ( altre ipotesi sono le benvenute) usati nei pressi del serbatoio di combustibile danneggiato sono sufficienti a innescare una detonazione/esplosione?
Sì per l'idrogeno; sì per il metano; sì per il GPL, sì per il butano/propano;e quasi sicuramente no per il petrolio greggio.( usiamo quello?:dry
L'entità dell'energia rilasciata è ovviamente commisurata alla quantità di combustibile stoccato; X litri di H2 liquido corrispondono a y litri/M3 di altro combustibile.
Le modalità della combustione/esplosione dipendono principalmente invece da due fattori: la pressione di stoccaggio e le caratteristiche del combustibile: entrambi fattori che giocano decisamente a vantaggio dell'idrogeno (liquido). E' per questo che, per esempio, che ho ricordato la tragedia di Viareggio. La ricostruzione di quell'evento indicherebbe che l'esplosione principale non sia avvenuta negli istanti immediatamenti successivi al deragliamento; il gas fuoriuscito dai tank avrebbe avuto il tempo di disperdersi su una grande superficie a causa della sua scarsa volatilità per poi detonare tutto insieme. E' solo un esempio, ma questo con l'drogeno non sarebbe successo, e non succederebbe neanche nel giardino di casa. Probabilità di esplosione quasi nulle, se non un piccolo scoppiettino iniziale, poi una bella fiammata verticale costante fino all'esurimento del combustibile o all'intervento di valvole di sicurezza se ancora funzionanti ( vedi articolo); se rispetti le distanze di sicurezza non ti si rovinano neanche i muri di casa....
Stai sereno che col bombolone del GPL le cose andrebbero in maniera diversa....
Per quanto riguarda gli Zeppelin: se tuo figlio ti chiede il palloncino, glielo riempi con l'elio o con l'idrogeno? Quella follia era dettata da un mera finalità economica poichè all'epoca gli USA, praticamente unici produttori di elio in quelle quantità, non lo vendevano ai tedeschi per motivi politici, i quali, pur di non rinunciare al business, li riempivano con l'economico idrogeno....No comment...
Ti ci puoi fare pure la doccia con l'idrogeno o usarlo come deodorante poi però non voglio sentire lamentele...

Tornando all'argomento principale,visto che mi sembra essere una persona con solide basi, ha un parere su quanto postato precedentemente? :bye1:

 

[experimentator]

No ho letto solo di sfuggita l'argomento e non mi sono documentato per mancanza di tempo.

L'idrogeno viene utilizzato per usi spaziali infatti non per il suo basso costo ma per la sua leggerezza.
Il basso costo viene compensato dagli alti costi dei materiali e dei sistemi di sicurezza che debbono gestire tutto il sistema sia di idrogeno liquido che ossigeno l'liquido.
La batterie a combustibile o fuel cell che vengono utilizzate per le astronavi, producono acqua che viene utilizzata dagli astronauti.
Ora mentre gli americani hanno preferito utilizzare H2 ed O2 come gas propulsivi grazie agli esperimenti ed al progetto fatti fa Von Braun, i russi hanno preferito utilizzare cherosene ed ossigeno.

Ma come ben sai oramai andiamo nello spazio grazie ai missili Sojuz che hanno dimostrato di essere più sicuri ed affidabili per il fatto che il cherosene liquido pone meno problemi di stoccaggio e conservazione dell'idrogeno liquido che deve essere per forza tenuto a bassa temperatura con consumo di energia.

Ma comunque la tecnologia della conservazione dell'idrogeno criogenico è ben conosciuta e da lungo tempo studiata dal secolo scorso , credo che se cerchi troverai una ampia documentazione.

Saluti.

 

[nickely]

Ma comunque la tecnologia della conservazione dell'idrogeno criogenico è ben conosciuta e da lungo tempo studiata dal secolo scorso , credo che se cerchi troverai una ampia documentazione.

Saluti.

Vede, credo che involontariamente lei mi abbia smascherato:clapping:.
E' esattamente questo il punto.
E' questo che, procedendo passo passo con le mie ricerche, mi ha lascito sempre più basito.
C'è già tutto da secoli, bisogna solo renderlo utilizzabile e sostenibile per applicazioni domestiche.
Il resto verrà tutto di conseguenza; anche utilizzando tecnologie completamente diverse.

Se ha un pò di tempo la prego di dare un'occhiata al post 41 e darmi una sua opinione.
Serbatoio, elettrolizzatori, compressori, cryocooler,catalizzatori, tubazioni, FC, caldaie,valvole.Un pezzo alla volta sitstemiamo tutto. :bye1:
Poi se nel frattempo vengono commercializzati gli idruri o i supervolani o le superbatterie o qualunque altra cosa benvengano.
Non mi pentirò mai del tempo dedicato a questa cosa.

 

[experimentator]

Bene auguri e buon lavoro .
Certo tutto può essere migliorato sicuramente , facendo tesoro di conoscenze precedenti. Bisogna avere fiducia , costanza ed iniziativa.

 

[nickely]

Grazie.( il post 41...)
Qualcun altro (miradoc, mr hide, besselkn) vuole aggiungere un commento al post 41? Grazie

 

[miradoc]

nickely, continui ad evadere il vero problema: il costo e l'efficienza di un sistema di produzione e di stoccaggio di Idrogeno liquido a livello domestico. Ti ho già enumerato i motivi per i quali tale scelta non è proponibile. Se non condividi, me ne faccio una ragione. Io la penso diversamente.

 

[nickely]

Nessuno era intenzionato ad evitare le problematiche connesse al ciclo di compressione dell'idrogeno, tuttavia si tratterebbe di un impianto molto limitato in dimensioni e complessità; si parte dall'elettrolizzatore e si arriva al dewar di stoccaggio liquido con un serbatoio intermedio per lo stoccaggio gassoso( al fine di sfruttare al meglio le caratteristiche degli elettrolizzatori ACTA che permettono di avere pressioni in uscita fino a 100 Bar) e una serie di scambiatori di calore.

Credo che sia necessario fare differenze tra lo stoccaggio statico ( abitazioni, impianti di produzione etc.) e lo stoccaggio dinamico ( trasporto pubblico e privato, distribuzione).
Non dico che lo stoccaggio ad altissime pressioni non sia efficiente, ma credo che soluzioni come gli idruri, i nanotubi e le microsfere garantiscano uno standard di sicurezza infinitamente superiore. Per lo stoccaggio addatto all'autotrazione.
Darei la priorità della ricerca a un sistema di stoccaggio stanziale; così da avere la materia prima pronta e disponibile ( in casa) quando queste o altre tecnologie saranno sufficientemente mature.

Come vede non evado, ho già risposto a questa osservazione. Quello che sto cercando di capire, grazie al vostro prezioso aiuto, è se sia possibile costruire un sistema di stoccaggio domestico sicuro ed economico; dove per economico intendo qualcosa che si ripaghi in 5/6 anni. Per quanto riguarda l'efficienza non si discute: la sola compressione ( a 60/70 Mpa) è meno dispendiosa ma, esclusivamente a mio avviso troppo pericolosa.
Porti pazienza se le mie domande sul sistema in generale sono partite dall'ultimo elemento, il serbatoio, è stato un puro caso. Magari chiusa questa mia curiosità cercherò di imbastire un post più completo. Magari anche più interessante...
Grazie anche se non vorra dare commenti sul post 41

 

[BesselKn]

nickely, continui ad evadere il vero problema: il costo e l'efficienza di un sistema di produzione e di stoccaggio di Idrogeno liquido a livello domestico.

Sono completamente d’accordo con Miradoc. I conti della serva, per me, sono i seguenti.

Supponiamo di stoccare 100 L di H2 liquido, ovvero (siccome la sua densità è 70,85 kg/m^3) 7,085 kg. Idealmente e a grandi linee, se potessi raffreddare l’H2 gassoso da 293 K a 20 K con una singola trasformazione adiabatica (prescindendo, in prima analisi, la dipendenza di Cv da T) occorrerebbero circa 20 MJ meccanici. Poi, per liquefarlo, bisogna estrarre altri 3,2 MJ termici mediante una macchina frigorifera.

Ora, il miglior frigorifero immaginabile è quello di Carnot, che però – viste le T in gioco – ha un’efficienza max del 7,3%; quindi i 3,2 MJ termici diventano 44 MJ meccanici (o elettrici).
Trasformiamo le energie in potenze. Supponiamo che l’H2 alimenti un’apposita caldaia, tipicamente da 20 kW termici; l’HHV dell’H2 è 141,8 MJ/kg, pertanto nel serbatoio da 100 L è immagazzinato circa 1 GJ termico. Dunque, ogni 14 h (= 1 GJ / 20 kW) devo riempire il serbatoio da 100 L, impiegando quindi una potenza meccanica (o elettrica) media di (20+44) MJ / 14 h = 1270 W.

A questa potenza va aggiunta quella persa per trasmissione del calore. Supponendo di stoccare l’H2 liquido in un serbatoio sferico e di annullare le perdite per conduzione e convezione, restano quelle ineliminabili per irraggiamento. Sfruttando un metallo lucido (che ha bassa emissività, per es. 0,02) e in base all’efficienza frigorifera di Carnot, mi servono almeno altri 130 W meccanici (o elettrici) per compensare questa perdita.

In totale, 1400 W solo nel caso ideale. Nella realtà, però, sappiamo che le cose vanno molto peggio e quindi i consumi saranno molto maggiori…

Ne vale davvero la pena, in àmbito domestico?

 

[nickely]

Grazie BesselKn per aver postato, ( comunque ancora 0 risposte per il 41 eh...:innamorato e....Mamma mia che esempio contorto!!!

Cerco di capire: Mi stai chiedendo se vale la pena "spendere" 64 MJ o 17,78 Kwh per avere disponibili 1 GJ o 277,78 Kwh, con un consumo energetico quindi di 64/1000= 6,4% e "spendere per mantenere allo stato liquido" 130 W immagino diviso 14 ore; 130/14 = 9,3 Wh, pari a 9,23X24= 221.52 W/giorno pari a un consumo di 0,221/277,78= 0,0008% giorno??????

BesselKn, anche se solo ci avvicinissimo minimamente a questi valori domani il mondo sarebbe salvo!!!:clapping:

Credo che neanche con la compressione a 20 Bar e lo stoccaggio gassoso a T ambiente potremmo avvicinarci a questi valori.

In realtà sarei molto, molto soddisfatto se, per un impianto domestico, usassimo il 30% dell'energia rispetto all'HHV per liquefare l'idrogeno e avessimo una spesa per contenimento dello 0,01% giorno.

Al di la dei conteggi puri e semplici, a volte ci dimentichiamo, o non consideriamo, che un'abitazione è un'entita dinamica.
Ti faccio un esempio: utilizzando questo sistema di stoccaggio verrebbe da pensare che dovremmo togliere il 30% a tutta la produzione del nostro impianto fotovoltaico.
In realta non è assolutamente così.
Una parte sarebbe subito convertita in energia elettrica, una parte sarebbe stoccata in batterie.
Tutta la produzione invernale (1/3) non andrebbe in nessun caso trasformata in idrogeno liquido, nella peggiore delle ipotesi semplicemnte in idrogeno gassoso e immediatamente consumata.
Quando esaurisco questo post promesso che vi faccio una simulazione.

Solo una domanda su questa tua considerazione:

A questa potenza va aggiunta quella persa per trasmissione del calore. Supponendo di stoccare l’H2 liquido in un serbatoio sferico e di annullare le perdite per conduzione e convezione, restano quelle ineliminabili per irraggiamento. Sfruttando un metallo lucido (che ha bassa emissività, per es. 0,02) e in base all’efficienza frigorifera di Carnot, mi servono almeno altri 130 W meccanici (o elettrici) per compensare questa perdita.

A costo di prendermi dei pomodori nella faccia: Non è esattamente il contrario?
Conduzione e convenzione sono ineliminabili: il vuoto assoluto non esiste neanche nello spazio profondo e un pelo di conduzione (sostegni, valvole ingresso/uscita) toccherà averla.
L'irraggiamento, al contrario, è totalmente eliminabile: Serbatoio interrato----> corpo nero-----> no irraggiamento.
Sto dicendo boiate?

 

[BesselKn]

BesselKn, anche se solo ci avvicinassimo minimamente a questi valori domani il mondo sarebbe salvo!!!

Sono calcoli in condizioni ideali, orientati solo a capire - in prima battuta - se la tua idea è sensata. Nella realtà, le cose vanno molto peggio; dimezza pure il rendimento frigorifero, raddoppia l’emissività e considera l’LHV al posto dell’HHV: così arrivi subito a 3 kW di autoconsumo, e siamo ancora distanti dalla realtà.
Domanda: “Quanto grande sarà l’impianto fotovoltaico per soddisfare questo elevato autoconsumo e tutto il resto?”
Secondo me, stai affrontando il problema nel verso meno opportuno. Che senso ha focalizzarsi sui materiali da impiegare per il serbatoio se poi ti serve un impianto fotovoltaico grande come un campo da calcio, perché devi soddisfare i consumi termici, elettrici e gli autoconsumi enormi?

Ti faccio un esempio: utilizzando questo sistema di stoccaggio verrebbe da pensare che dovremmo togliere il 30% a tutta la produzione del nostro impianto fotovoltaico.

Secondo me, devi partire da qui, dal dimensionamento dell’impianto fotovoltaico. A cosa serve concentrarsi sui materiali per fare il serbatoio quando ancora non so se il tutto è fattibile o sensato?

A costo di prendermi dei pomodori nella faccia: Non è esattamente il contrario? […] L'irraggiamento, al contrario, è totalmente eliminabile: Serbatoio interrato----> corpo nero-----> no irraggiamento.

No. Teoricamente, mediante vuoto spinto e sospensione del serbatoio (o, se preferisci, spedendolo nello spazio profondo) di fatto hai eliminato convezione e conduzione.
Invece, dal momento che l’emissività di un materiale non può essere nulla, dove esiste una qualsiasi differenza di temperatura allora l’irraggiamento è ineliminabile. Mettere il serbatoio sotto terra non serve a ridurre l’irraggiamento, perché il calore si propaga comunque per via elettromagnetica dall’ambiente a 293 K alla massa d’idrogeno liquido a 20 K nel serbatoio. Ti ricordo poi che un corpo nero è il migliore irraggiatore concepibile.
Queste sono semplici nozioni di Fisica Tecnica o di Fisica Generale.

 

[BesselKn]

130 W immagino diviso 14 ore; 130/14 = 9,3 Wh

M'è sfuggito, ma questo calcolo è sbagliato dimensionalmente, oltre che essere privo di senso: una potenza divisa per un tempo?? Voglio sperare che non sia una tesi in ingegneria...

W/giorno

Ma che unità di misura è???

 

[nickely]

M'è sfuggito, ma questo calcolo è sbagliato dimensionalmente, oltre che essere privo di senso: una potenza divisa per un tempo?? Voglio sperare che non sia una tesi in ingegneria...


Ma che unità di misura è???

Calma, calma. ( cavolo se vi faccio arrabbiare...devo decisamente stare più attento...)
Chiedo venia, questo succede quanto rispondo a un post dopo aver dormito 5 ore e scrivendolo tra una telefonata e l'altra. Comunque erroraccio mio. Fate benissimo a *****armi.
Ovviamente avevo capito ( male) 130wh/14 = 9,23 Wh e di conseguenza ovviamante erano Wh/giorno.
Per quanto riguarda l'irraggiamento c'è stato un misunderstanding, ovviamente sempre per colpa mia che mi sono espresso come un cane. Io intendevo come corpo nero il serbatoio esterno che non prendeva energia per irriaggiamento DIRETTO dal sole poichè interrato.
Tuttavia i tuoi conti per irraggiamento per un serbatoio da 100 L non mi tornano. E penso di avere anche capito il perchè, ma prima di dire un'altra parola mi faccio bene i compiti, appena ho un pò di tempo. Poi rispondo anche al dimensionamento dell'impianto e a tutto il resto. Putroppo per il weekend mia moglie mi sequestra, spero di potervi rispondere lunedi.

 

[BesselKn]

130wh/14 = 9,23 Wh e di conseguenza ovviamente erano Wh/giorno.

No. 130 W devono essere forniti continuativamente per mantenere idealmente i 7 kg di H2 liquido a 20 K; quindi 3120 Wh/giorno (nel caso di stoccaggio senza consumo). Sono comunque sottostimati: dimezzando l’efficienza frigorifera e raddoppiando l’emissività si arriva subito a 520 W, per dire.

Io intendevo come corpo nero il serbatoio esterno che non prendeva energia per irraggiamento DIRETTO dal sole poiché interrato.

L’irraggiamento si manifesta tra due corpi qualsiasi purché sussista una differenza di temperatura. Il Sole non c’entra nulla.

Tuttavia i tuoi conti per irraggiamento per un serbatoio da 100 L non mi tornano.

Applica la legge di Stefan-Boltzmann. Sono tutte nozioni da Fisica Tecnica...

 

[nickely]

Eccomi Qua! Dopo 36 ore di ricarica sono nuovamente pronto alla battaglia!:beer:
Prima però 2 precisazioni:
1: Siccome sto per immettere un discreto quantitativo di materiale, lo dividerò in più risposte, altrimenti diventerebbe un polpettone illeggibile. Quindi vi chiedo cortesemente di non rispondere fino all'ultimo; altrimenti chi legge potrebbe perdere il filo del discorso.
2: vorrei spiegarvi chi sono e cosa faccio: con una premessa.
Mia moglie ( che non capisce assolutamente nulla di queste cose, fà altro nella vita) ha avuto la cortesia di leggere questo post e mi ha dato il *****atone. Dice che mi sono posto nella maniera sbagliata e faccio continuamente la figura del saccente quando in realtà è ovvio che di cose ne sò ben meno di Voi.
Ha perfettamente ragione! Ho trasmesso in maniera sbagliata il mio entusiasmo, quindi vi chiedo cortesemente di perdonarmi per il mio atteggiamento e fare un reset.
Effettivamente sono uno studente di Ingegneria Energetica di Bologna ed effetivamente questa sarà la mia tesi, ma in realtà sono alla seconda laurea( la prima in Economia), sono vecchiotto ( 35 suonati) e attualmente sono fermo all'inizio del 3 anno con gli esami per motivi economici. Non avendo idea di quando mi potrò permettere di concludere gli studi e soprattutto quanto ci metterò, ho deciso di procedere con la tesi, non tanto per la laurea in sè e per sè, ma perchè è questo argomento che mi ha spinto a riaffrontare le difficoltà degli studi accademici a 33 anni ( 17 kg persi nei primi 17 mesi; altro che dieta Dukan !!!:spettacolo.
Siccome sto per snocciolare il succo della tesi vorrei dirvi che il materiale seguente è completamente fruibile da chiunque. Se anche riuscissi a piazzare solo una buona idea tra le boiate ed errori che sicuramente farò, sarei enormenemente soddisfatto.

Detto questo:

 

[nickely]

Primo:
Per rispondere alla domanda sul serbatoio da 100 litri e la questione dell'irraggiamento:
Ho preso gli appunti preparati per la tesi e, per calcolare l'energia trasmessa per irraggiamento, io AVREI USATO ( è corretto? Me lo dovete dire voi) la seguente formula:
Qs( en. scambiata) = Sigma0*S1*( T1^4 - T2^4) / 1/a1 + F21*[(1/a2) -1]. Con:
Sigma0= cost di S-B pari a 5,67* 10^(-8) ; S1= Superficie serbatoio interno, che per 100 litri-> V=4*Pi greco* r^3/3--> R1=(circa)0,29m---> 0,29^2*4*Pi greco = 1,057 mq= S1
T1= 20,2 K ( H2L); T2= 293 K ( la T est da te postata); a1=a2= 0,02 ( Mat riflettente da te postato); F21= S1/S2 = R1/R2 = 0,29/0,31 ( ho preso un serbatoio esterno con 2 cm di raggio in più con in mezzo vuoto spinto per eliminare conduzione e convezione)

La precedente formula si applica superfici grigie o opache ( credo il nostro caso), una convessa e una che la circonda ( un serbatoio sferico dentro un serbatoio sferico, credo sempre il nostro caso).

Svolgendo i calcoli: Qs= 5,67*10^(-8)*(166496.6 - 7370050801) / 1/0,02 + 0,935*[(1/0,02) -1] = 417,87 / 95,81 = 4,36 W
4,3 W che diventano 4,3*100/7,2= 60,5 W con una macchina frigorifera ideale

Che è meno della metà di quanto veniva a te. Ora devo capire se sto sbagliando oppure no.

Comunque sarebbe un consumo non tollerabile, anche se i miei conti fossero corretti.

Tuttavia...

 

[nickely]

Il serbatoio ideale da me configurato, un equilibrio tra perdite e capienza energetica per essere utilizzato nella realtà, averbbe una capienza di 1 m^3 ossia 1000 litri, ovvero 70,85 Kg di idrogeno, ovvero 70,85 kg * 141,8 MJ/kg = 10039,44 MJ ovvero 2788,3 Kwh Termici stoccati.

Primo: perchè considero HHV e non LHV? Beh considerando che l'idrogeno è il combustibile con la forbice più ampia tra HHV e LHV utilizzare una normale caldaia per bruciarlo saprebbe di bestemmia... Tanto più che la caldaia la dobbiamo aggiungere ad Hoc...

Secondo: Sarebbero sufficienti 2800 KwH termici per scaldare un'abitazione media? NO ovviamente ma....

Dobbiamo considerare che quei 2800 sarebbero i Kwh stoccati in estate. Il nostro impianto fotovoltaico continua a produrre anche in inverno.
Ad esempio: Un impianto da 6 Kwh ( niente campi da calcio) con un'ipotesi di 1300 Kwh per Kwp, con un totale di produzione di 7800 Kwh/anno, ha una produzione nei mesi a caldaia accesa ( da metà Ottobre a metà Marzo) di circa 2500 Kwh.
Ora, Circa 1200 Kwh andrebbero usati, con l'ausilio del pacco batterie per sopperire ai consumi elettrici. Ne rimarrebbero 1300. Tolta l'efficienza dell'elettrolizzatore ( 75%) ne rimarrebbero poco meno di 1000 (975 kwh) A questi 975 dovremmo togliere qualche altro Kwh per l'efficienza della FC quando il pacco batterie non basta. Nella peggiore delle ipotesi altri 97,5 Kwh perchè la FC ha un'efficienza del 90%.
E perchè 90% e non 50%? Beh siamo d'inverno e l'acqua calda prodotta dalla FC la utilizziamo. Eccome se le utilizziamo!
Quindi ricapitolando avremmo circa 2800 Kwh stoccati e altri 900/1000 prodotti. Totale ( siamo ottimisti) 3800 Kwh termici.

Ancora poco certamente ma....

Consideriamo che una casa in classe D da 100 Mq ne utilizza 10000 e una casa in classe A 3600. Volendo potremo fare un impianto e un sistema di stoccaggio più grandi; ma ne vale la pena? Le case, come gli elettrodomestici, vanno verso una migliore efficienza energetica; tra 2 anni cambieremo il frigo, ogni anno le lampadine, tra 5 magari la TV e poi la lavatrice. Tra 10 metteremo il cappotto termico e gli infissi nuovi... etc etc etc.
Piano piano, il consumo elettrico diminuirà, liberando altra energia per il consumo termico. E il consumo termico diminuirà anch'esso.
Il metano c'è comuque, ancora per qualche anno. Starà a ciascuna famiglia prendere le proprie decisioni, in base anche alle possibilità economiche, ovviamente, ma la possibilità, per una casa in classe A da 100 Mq ubicata in mezzo al paese, di essere COMPLETAMENTE indipendente è già reale... figuriamoci in Sicilia.

Scusa, mi chiederete, ma i consumi per mantenere 1000 L di H2l? e per produrli?

Acceleriamo....

 

[nickely]

Parliamo prima del serbatoio: Il nostro serbatoio da 1000 L.
Come sicuramente sapete, per sfruttare correttamente il ciclo Linde per liquefare l'idrogeno, bisogna portarlo a -80 C° prima della valvola J-T, altrimenti, invece di raffreddarsi durante l'espansione, si scalda.
Per fare questo l'drogeno in pressione normalmente passa in uno scambiatore di calore a bagno nell'azoto liquido ed è esattamente quello che faremo anche noi, unendo l'utile al dilettevole :devilred:.

Il nostro serbatoio da 1000 L è composto da una sfera di raggio di 62 cm. Idrogeno contenuto in una sfera di 1 cm di spessore di PE-UHMW ( per il momento teniamolo, casomai lo sostitueremo con l'adatto acciaio). 63 cm. Aggiungiamo 2 cm di vuoto assoluto. 65 Cm.
Poi un'altra sfera di 1 cm,( sempre PE-UHMW) poi uno spazio di 1 cm riempito di azoto liquido.Chiudiamo l'azoto con un'altra sfera da 1 cm e siamo a 68 cm. altri 2 bei cm di vuoto e infine il nostro involucro esterno di ferraccio dipinto. Totale 71 cm o una sfera di 1,42 m di diametro.
Immergiamo sottoterra la nostra sfera ( radiazione solare....) dentro un bel tombino di cemento con coperchio e riempiamo il tutto di banale H2O liquida.
Sopra il tombino a qualche cm dal suolo, una piccola tettoia piramidale di materiale riflettente; con un buco in cima.
Questi accorgimenti, più quello che vi dirò, faranno si che la nostra sfera esterna sia immersa in un bagno d'acqua a temperatura costante di circa 4 C° anche nei mesi più caldi. Sicuramente in ghiaccio in quelli più freddi, ma a noi interessano i caldi.
Già avrete notato una cosa: 3 strati di PE-UHMW e uno di ferro. Più acqua. Tettoia col buco in caso di perdite. Ma della sicurezza parleremo più avanti.
Torniamo alle perdite per irraggiamento. Quelle più importanti.
Considerando la formula prima postata, i dati da prendere in considerazione per irraggiamento sfera in ferro-contenitore azoto sono:
raggi delle sfere:70cm interno sfera esterna, 68 cm esterno prima sfera interna. T esterna 278 k, T interna 77,35 K .
Rifacendo tutto i calcoli ( che vi risparmio, ma se volete controllare mi fate un piacere) sono 20 W di potenza trasmessa.
Che copriremo. poi vi dico come.
Passiamo ora al calcolo di evaporazione dell'idrogeno: dati: raggio interno sfera azoto 65 cm; esterno idrogeno liquido 63 cm.
T azoto 77,35 T idrogeno 20,2. Rifacciamo tutto di nuovo e mi viene una potenza trasmessa di 0,1 W.
Che corrispondono a 8,540 KJ al giorno e dato che l'entalpia di vaporizzazione è 0,45 KJ/mol a 19,2 moli evaporate al giorno o 0,21 M^3 di idrogeno al giorno che dovremo rimadare nel ciclo di liquefazione. Solo nei mesi estivi, perchè d'inverno se evapora la bruciamo.
Possiamo considerarla quasi trascurabile? Ditemi voi
Parliamo ora di quei 20 W per mantenere azoto liquido a 77 k.
Usando questo o un suo simile:Sunpower Inc. - CryoTel® GT avremo tutta la potenza di raffreddamento necessaria per: sopperire all'irraggiamento/conduzione/convezione per mantenere l'azoto E ( ma qui ancora i calcoli non li ho fatti, anzi se volete darmi una mano :cuore:...) abbassare la temperatura dell'idrogeno per la liquefazione.

Voi direte: guarda che il lift a 77 k è 15 W. Vero: ma avete visto come si alza il lift passando da una temperatura di raffreddamento del cryocooler da 45 C° ( 11 W lift ) a 10 C° ( 15 W lift). E se noi lo raffreddassimo con l'azoto evaporato? A diciamo -100 C°?
Faccio notare inoltre che tutto l'azoto evaporato lo faremmo circolare con una serpentina nell'acqua esterna al serbatoio, dopo essere passato dal cryocooler. Ci sono ancora tutti i conti da fare.
Ah; questi affarini durani mediamente 30 anni con funzionamento 24/24 365 giorni l'anno. E consuma 240W. Quante ore dovrebbe stare acceso per sopperire ai 20 W di irraggiamento? Qui potreste darmi una mano

Passiamo ora alla produzione dell'idrogeno...

Comunque tralasciamo per un'attimo le perdite, che credo, a occhio, possano essere contenute senza pregiudicare il progetto e prendiamo per buono il dato del 30 % per l'energia spesa per la liquefazione dell'idrogeno.

( pausa, sono 4 ore e mezza che scrivo. Riprendo nel pomeriggio.)

 

[nickely]

Ariecchime, bello bombato di caffè proseguo col mio delirio.

Dicevamo: riprendendo il nostro esempio dell'impianto da 6 KwP abbiamo già detto come coprire i consumi elettrici dei mesi bui, stimati in circa 1200 kwh. Quindi quei circa 2500 kwh prodotti d'inverno andrebbero a coprire i consumi eletrrici e parte dei consumi termici; con efficienze variabili a seconda dell'intesità di utilizzo della nostra cella FC.
A proposito dell FC. Ovviamente non si tratterebbe di installare un'altro apparecchio oltre all'elettrolizzatore poichè questo ( compreso quello dell'Acta che sto prendendo ad esempio, anche per le efficienze) funziona in entrambi i versi. Ed è evidente che funzionerebbe da elettrolizzatore ( di giorno, d'estate impianto fotovoltaico che produce no utilizzo della FC) e in tempi diversi da FC ( di notte, d'inverno, impianto fotovoltaico non produce possibile utilizzo FC); risparmiando costi e complessità al sistema.
Torniamo alla produzione di idrogeno.
Ipotizziamo che la casa in questione abbia un consumo standard di 3000 Kwh eletrrici; 1200 ne abbiamo già tolti per il consumo invernale; altri 1000 possiamo tranquillamente stimarli come direttamente utilizzati dall'impianto fotovoltaico e i rimanenti 800 con l'utilizzo del pacco batterie:
Quindi ricapitoliamo: produzione 7800 kwh: togliamo 1000 di utlizzo diretto, 900 di utilizzo con pacco batterie ( 800 + 100 per le conversioni AC/DC e perdite) e 2500 già utilizzati d'inverno per coprire i consumi elettrici e parte dei consumi termici.
7800 - 1000 - 900 - 2500 = 3400 Kwh rimasti.
Ora considerando un consumo stimato del 30% per la liquefazione riusciremmo a stoccare 2380 Kwh in idrogeno liquido, poco meno della capacità del nostro serbatoio. E vero che l'elettrolizzatore ha un efficienza del 75%, ma è anche vero che il 30% da noi considerato parte dal presupposto che partiamo da una pressione di H2 gassoso ( 1 bar) e arriviamo alla stessa pressione di H2L, mentre l'elettrolizzatore in questione ti butta fuori idrogeno a 100 Bar quindi sarebbero da fare i calcoli complessivi. Allo stato attuale della mia ricerca non sono in grado.
In buona approssimazione però si può dire che un impianto da 6 kw copra completamente i consumi elettrici e dia tra i 2200 e i 3300 kwh termici disponibili. Inoltre un serbatoio di quelle dimensione permetterebbe di gestire eventuali inverni caldi con basso consumo termico ed anni particolarmente produttivi per il fotovoltaico.
Altre considerazioni di massima ancora da analizzare:
Il consumo per lo stoccaggio e produzione andrebbe calcolato solo per 6/7 mesi all'anno. D'inverno non vi è necessità nè di liquefare ne di abbassare la temperatura dell'azoto. Usiamo tutto l'idrogeno prodotto.

Il Cryocooler risulterebbe funzionante almeno per il 60% del suo tempo con l'impianto fotovoltaico "acceso" quindi diminuendo l'idrogeno prodotto per eccesso di produzione e con una massima efficienza di conversione.

Non ci sarebbe necessità di andare a riempire l'intercapedine con azoto liquido, ci sono filtri che costano pochi euro e fanno passare solo azoto con un grado di purezza intorno al 99%. A liquefarlo ci pensa il cryocooler.

Il fatto che l'impianto fotovoltaico non funzioni 24/24, cosa che è solitamente il suo tallone d'achille, dà il tempo al cryocooler ( di notte) di andare a liquefare nuovamente l'azoto evaporato per il ciclo Linde/mantenimento, senza avere necessità di sovradimensionare l'apparecchio.

Seppure ridotto, esiste anche un consumo di acqua calda sanitaria anche d'estate. Ovviamente andremo ad utilizzare l'idrogeno evaporato per irraggiamento. Riducendo le perdite ed evitando di dover comprare altri apparecchi per il consumo di acqua calda ( pannelli solari ad esempio).

Ecco indicativamente sono arrivato qua.

Adesso potete dirmi le Vostre opinioni. Grazie dell'attenzione:wub2: