Đề kiểm tra (Bài tập lớn 3.2) môn Năng lượng tái tạo - Năm học 2013-2014 (Có đáp án)

ĐỀ KIỂM TRA (bài tập lớn 3.2), NĂM HỌC 2013-2014. 
MÔN: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO. Thời gian: 20 phút. 
Sinh viên được phép sử dụng tài liệu. Không được phép trao đổi tài liệu. 
Bộ pin nhiện liệu loại 20 tế bào giống nhau, ghép nối tiếp dùng khí CH4? Biết bộ pin tiêu thụ 
10lit CH4 /giờ ở điều kiện tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25
oC). Hiệu suất chuyển đổi khí là CH4 là 90%. 
Nước tạo ra ở thể lỏng. 
a) Tính dòng điện cấp cho tải. Tính công suất lý thuyết và điện áp lý thuyết? (6đ) 
b) Giả sử hiệu suất của pin bằng ½ hiệu suất lý tưởng. Tính dòng điện, công suất và điện áp cấp 
cho tải? (3đ) 
c) Tính toán diện tích màng lọc của mỗi tế bào? Giả sử mật độ dòng điện của tế bào ở điểm làm 
việc này là 1A/cm2. (1đ) 
-------------------------------------------------HẾT------------------------------------------------- 
 Đáp án (sơ thảo): 
Ket qua _________________________________________________________ 
a) Eff_max = 91.854630 [%] 
a) Pmax = 91.260036 [W] 
a) I = 2.153403 [A] 
a) V_max = 42.379457 [V] 
b) P_b = 45.630018 [W] 
b) I = 2.153403 [A] 
b) V_b = 21.189728 [V] 
b) Eff_b = 45.927315 [%] 
c) A = 2.153403 [cm2/cell] 
Bài giải Matlab 
% Lop NLTT 2013, KT10% 
% Bai tap lon 3.2 
clc 
clear all 
T=25+273.15 %[oK] 
% Cau a 
%CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O (liquid) 
%(-74.9) 2*0 (-393.5) 2(-285.8) 
delta_H = 2*(-285.8) -393.5 - (-74.9) %[kJ/mol CH3OH] 
HHV_mol=abs(delta_H) 
%MW = 2*1.008 
MW = 12 + 4*1 
HHV_kg=HHV_mol/MW*1000 %[kJ/kg] 
%CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O (liquid) 
%0.186 2*0.205 0.213 2*0.0699 
delta_S=0.186 + 2*0.205 - 0.213 - 2*0.0699 %[kJ/mol-K] 
Qmin=T*delta_S %[kJ/mol] 
Qmin_kg=Qmin/MW*1000 %[kJ/kg] 
H=HHV_mol 
Eff_max=1-Qmin/H 
%CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O (liquid) 
%-50.8 2*0 -394.4 2*(-237.2) 
delta_G= -394.4 + 2*(-237.2) +50.8 - 2*0 %[kJ/mol-K] 
We_max=abs(delta_G) 
We_max=H-Qmin 
We_max_kg=We_max/MW*1000 %[kJ/kg] 
Eff_max=We_max/H 
n = 0.9*10 % Luu luong khi that su qua bo pin 
n_cell = n/20 % Luu luong khi qua 1 te bao pin 
% Cach 1 
 P_max=abs(delta_G)*n/22.4*1000/3600 
% Cach 2 
 P_in=HHV_mol*n/22.4*1000/3600 
 P_max=P_in*Eff_max 
I=n_cell/22.4*1/3600*6.022e23*4*1.602e-19 % 4 electron 
V_max=P_max/I % 20 cell 
% Cau b 
Ib=I 
% Cach 1 
 P_b=0.5*P_max 
% Cach 2 
 Eff_b = 0.5 * Eff_max 
 P_b=Eff_b*P_in 
V_b=P_b/I % 20 cell 
% Cau c 
J=1 % A/cm2 
A=I/J % cm2 
disp('Ket qua _________________________________________________________') 
%TEXT = sprintf('a) HHV = %f [kJ/mol] = %f [kJ/kg]', HHV_mol, HHV_kg); disp(TEXT) 
%TEXT = sprintf('a) Q_min = %f [kJ/mol] = %f [kJ/kg]', Qmin, Qmin_kg); disp(TEXT) 
%TEXT = sprintf('a) We_max = %f [kJ/mol] = %f [kJ/kg]', We_max, We_max_kg); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('a) Eff_max = %f [%%]', Eff_max*100); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('a) Pmax = %f [W]', P_max); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('a) I = %f [A]', I); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('a) V_max = %f [V]', V_max); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) P_b = %f [W]', P_b); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) I = %f [A]', I); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) V_b = %f [V]', V_b); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) Eff_b = %f [%%]', Eff_b*100); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('c) A = %f [cm2/cell]', A); disp(TEXT)