[PO Natuurkunde] Rendement Berekenen

McDougal

Hallo,

Voor natuurkunde moet ik een P.O. maken en als onderwerp heb ik het rendement van brandstofcellen gekozen. Hierbij vergelijk ik het rendement van een PEM-cel (waterstof) en een methanolcel. Ik heb proefjes gedaan met een kleine PEM en een kleine methanolcel, heb hierbij resultaten verkregen, maar ik kom er helaas niet uit hoe je het rendement nou moet berekenen. Mijn natuurkundeleraar is helaas ziek op het moment, vandaar dat ik het hem niet kan vragen.

Wat ik heb gemeten bij de methanolcel is het volgende: de spanning en de stroomsterkte bij verschillende weerstanden gedurende telkens een minuut. Hiermee is dus het vermogen te berekenen, maar kan ik hiermee ook het rendement berekenen? Het was helaas niet mogelijk om te meten hoeveel water en koolstofdioxide er ontstaat, is dit een groot probleem?

Bij de PEM-cel heb ik gemeten: de spanning en de stroomsterkte bij verschillende weerstanden. Bovendien heb ik per halve minuut gekeken hoeveel waterstof er was verdwenen, oftewel hoeveel waterstof er al was gereageerd met zuurstof. Kan ik hier iets mee?

Ik zit een beetje krap met de tijd, dus als er zo snel mogelijk geantwoord zou kunnen worden, dan zou ik dit zeer op prijs stellen! Hopelijk komen jullie hier wel uit!

Bij voorbaat dank,

Sebastiaan.

Duhh

ze zult altijd moeten meten hoeveel er in gaat en hoeveel er uit gaat

het afgegeven vermogen deel je vervolgens door het opgenomen vermogen ... je zou moeten opzoeken hoeveel energie een mol waterstof bevat ..dan kun je daar verder mee rekenen

verder zou ik de meting over een langere tijd doen en dan kijken hoeveel waterstof er word verbruikt ... bijv. een uur dan word je meet afwijking kleiner [rr]

McDougal

DUHH schreef:ze zult altijd moeten meten hoeveel er in gaat en hoeveel er uit gaat

het afgegeven vermogen deel je vervolgens door het opgenomen vermogen ... je zou moeten opzoeken hoeveel energie een mol waterstof bevat ..dan kun je daar verder mee rekenen

verder zou ik de meting over een langere tijd doen en dan kijken hoeveel waterstof er word verbruikt ... bijv. een uur dan word je meet afwijking kleiner [rr]

Ok, hier zou ik misschien best wel eens iets mee kunnen. Ik kan volgens mij de hoeveelheid energie die een mol waterstof bevat wel opzoeken in Binas, maar wat ik me dus nog afvraag: dat afgegeven vermogen, wat je dan in die cel stopt, wat is dit dan precies? Is dit dan de benodigde elektriciteit om het waterstof op te wekken in de elektrolyse, dus het vermogen dat je in een Hoffmantoestel stopt? Dat je berekent hoeveel energie het kostte om de waterstof die je gebruikt op te wekken? Of: moet je het vermogen berekenen dat je in de PEM zelf stopt? Dit laatste lijkt mij veel logischer, aangezien je het rendement van deze cel wilt berekenen, en niet van het Hoffmantoestel. Of vergis ik me nu heel erg? En als deze gedachte correct is: moet ik dan het vermogen berekenen met de gemeten ampere en volt en dit vermenigvuldigen met de tijd?

Sorry voor alle vragen, ik hoop dat het nog duidelijk is wat ik bedoel. Hopelijk kan er weer iemand snel antwoorden, dit zou ik zeer op prijs stellen!

Sebastiaan

EDIT: Volgens mij weet ik al hoe ik het moet doen! Als je op zoekt hoeveel joule een mol waterstof kan produceren, dan weet je hoeveel joule de door jou in de PEM gestopte hoeveelheid waterstof in theorie had moeten leveren. Om te zien wat de geleverde energie in de praktijk is, bereken je met de gemeten spanning en stroomsterkte het vermogen (J/s). Als je dit dan vermenigvuldigt met het totale aantal secondes, weet je hoeveel joule de hoeveelheid waterstof in werkelijkheid heeft geleverd. E (praktijk) / E (theoretisch) = rendement.

Zie ik dit goed?

McDougal

Ik ben me nog niet zeker hoeveel energie 1 mol waterstof kan leveren. In Binas kan ik het niet vinden, en op internet heb ik twee soorten waardes gevonden:

-de energie die vrijkomt bij de verbranding van 1 mol waterstof (2,42 . 10^5 J)

-de "energie eerste ionisatie" van 1 mol waterstof (1311 KJ).

Welke waarde moet ik nu toepassen? In eerste instantie zou ik denken aan verbranding, maar er vindt toch helemaal geen verbranding plaats in een brandstofcel? Moet ik dan gaan voor de "energie van de eerste ionisatie", omdat waterstof in een PEM-cel opsplitst in positieve waterstofionen?

Welke waarde moet ik nemen?

Jan van de Velde

http://www.lenntech.com/elementen-periodie...iek-systeem.htm

Energie eerste ionisatie:

De ionisatiepotentiaal is die potentiaal (lading of energie) die nodig is om een vrij atoom (of molecuul) in vacuüm een elektron te doen verliezen. Het is dus een maat voor hoe vast dit elektron gebonden zit aan het atoom.

Deze KOST energie, dus laten we die dan maar niet gebruiken. Gewoon rechtlijnig blijven denken, in een brandstofcel stop je waterstof, en je haalt er water uit. Je cel levert dus, bij een rendement van 100%, 2,42·10⁵ J/mol H₂

(mooi, die link speciale tekens boven je conceptbericht: super-en subscript, [rr] ψ δ ≈ noem maar op)

McDougal

Jan van de Velde schreef:http://www.lenntech.com/elementen-periodie...iek-systeem.htm

Energie eerste ionisatie:

De ionisatiepotentiaal is die potentiaal (lading of energie) die nodig is om een vrij atoom (of molecuul) in vacuüm een elektron te doen verliezen. Het is dus een maat voor hoe vast dit elektron gebonden zit aan het atoom.
Deze KOST energie, dus laten we die dan maar niet gebruiken. Gewoon rechtlijnig blijven denken, in een brandstofcel stop je waterstof, en je haalt er water uit. Je cel levert dus, bij een rendement van 100%, 2,42·10⁵ J/mol H₂

(mooi, die link speciale tekens boven je conceptbericht: super-en subscript, [rr] ψ δ ≈ noem maar op)

Ok, bedankt! Ik was ook al aan het rekenen geslaan met die ionisatiewaarde, maar dan krijg je een rendement van ver onder de 1%! Die opmerking dat ik de verbrandingswaarde moet nemen kwam dus precies op het juiste moment.

De stookwaarde in Binas komt hier ook ongeveer mee overeen. Wijkt wel wat af, maar dat ligt eraan dat Binas het slechts in 2 decimalen vermeldt, EN bovendien de Energie per kubieke meter noemt; dan moet je dus nog eerst omrekenen naar mol als je wilt vergelijken. Maar goed, hiermee moet het dan lukken, hartelijk bedankt!

Sebastiaan

EDIT: Sorry dat ik weer vraag, maar als ik aan het rekenen sla, dan komt er een rendement van 9,8 % uit. Dit lijkt mij veel te laag voor een PEM-cel. Wat klopt er niet in mijn berekening:

Ingevoerde Energie

Ik leid waterstof in de cel, en waterstof is in staat om een bepaalde hoeveel aan energie te leveren. Deze hoeveelheid ligt vastgelegd in de stookwaarde, te vinden in Binas tabel 28A: 10,8 * 10 ^ 6 J/m3 . 1 m3 waterstof kan dus 10,8 * 10 ^ 6 J leveren.

In totaal is er tijdens de proef 5,5 ml 4,0 ml = 1,5 ml = 1,5 cm 3 = 1,5 * 10 ^ -6 m3

1,5 ml waterstof is dus in staat om 10,8 * 10 ^ 6 J/m3 * 1,5 * 10 ^ -6 m3 = 16,2 J te leveren.

De ingevoerde energie bedroeg dus 16,2 J

Uitgaande Energie

De brandstofcel is in staat energie te leveren. Dit doet hij in de vorm van elektriciteit; elektriciteit kan bijvoorbeeld een kleine motor laten lopen. Om uit te rekenen hoeveel energie de elektriciteitstroom van deze proef heeft geleverd kijken we naar het vermogen, uitgerekend met de spanning en de stroomsterkte. Deze bedroeg 3 minuten lang 0,00444 W = 0,00444 J/s.

3 minuten zijn 3 * 60 = 180 s.

0,00444 J/s * 180 s = 0,7992 J

Gedurende nog eens 3 minuten bedroeg het vermogen 0,00438 W = 0,00438 J/s.

0,00438 J/s * 180 s = 0,7884 J

0,7992 + 0,7884 = 1,5876 J

Rendement = Uitgaande Energie/Ingevoerde energie = 1,5876 / 16,2 * 100% = 9,8%

Jan van de Velde

Leuk dat je een rendement wil berekenen, maar vermogen is energie per tijdseenheid, en je moet dus zowel vermogen in als vermogen uit kennen om aan dat rendement te komen: weet je hoeveel mol H₂ je cel verstookte in één of andere periode dat je je spanning en stroomsterkte mat?

Verder kun je ergens in een ander topic nog vinden dat je rendement óók zal afhangen van de afgenomen stroomsterkte: teveel proberen af te nemen en de inwendige weerstand van je cel neemt drastisch toe. Dus het rendement dat je meet is in niet geringe mate afhankelijk van de belasting!!

EDIT>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

Ik had je aanpassing nog niet gezien toen ik bovenstaande postte. Mijn eerste alinea is dus nutteloos.

McDougal

Leuk dat je een rendement wil berekenen, maar vermogen is energie per tijdseenheid, en je moet dus zowel vermogen in als vermogen uit kennen om aan dat rendement te komen: weet je hoeveel mol H₂ je cel verstookte in één of andere periode dat je je spanning en stroomsterkte mat?

Bedoelt u daarmee of ik gedurende een periode heb gemeten hoeveel mol waterstof er in de cel wordt geleidt? Of wordt niet alle mol waterstof in de cel verstookt? Ik dacht zelf dat de hoeveelheid waterstof die ik erin stop ook door de cel wordt gebruikt, en dat alleen de energie die hierbij ontstaat kan "weglekken". Wat ik dus wel heb gemeten, is hoeveel ml waterstof er gedurende 7 minuten uit het waterstofreservoir verdwijnt (en dus in de brandstofcel wordt verbruikt?). Is dit wat ik nodig heb? En zo ja, hoe bereken ik dan het inwendige vermogen?

Jan van de Velde

Ik kan me haast niet voorstellen dat je berekening van geleverde energie klopt. 4,5 mW betekent een wel erg klein elektromotortje. Zoiets van 1,5 V x 3 mA???

EDIT>>>>>>>>>>>>>>>>>

je vorige bericht reageerde op een achteraf nutteloze alinea uit een van mijn berichten, laten we dat even achter ons laten.

McDougal

Jan van de Velde schreef:Ik kan me haast niet voorstellen dat je berekening van geleverde energie klopt. 4,5 mW betekent een wel erg klein elektromotortje. Zoiets van 1,5 V x 3 mA???

EDIT>>>>>>>>>>>>>>>>>

je vorige bericht reageerde op een achteraf nutteloze alinea uit een van mijn berichten, laten we dat even achter ons laten.

Ok, excuses, blijkbaar miste ik de ironische ondertoon [rr]

Maar goed, over het berekenen van het rendement:

-Is het nou op een niet al te ingewikkelde wijze te berekenen?

-Zijn mijn gegevens voldoende om het rendement te berekenen?

-Zo nee, wat ontbreekt er?

-Wat denkt u doe ik fout of is onvolledig: het berekenen van de theoretische energie (van het waterstof) of het berekenen van de praktijkenergie, de energie van de elektriciteit?

-Denkt u dat ik verkeerd heb gemeten, verkeerde spanning/stroomsterkte berekening?

-Hoe is het volgens u mogelijk om met deze opstelling het rendement van de cel te berekenen?

Duhh

ik denk dat het waterstoff verschillende hoeveelheid energie afgeeft bij verschillende omzettingen naar water ... of h2 zo je wilt ... dus verschillende reacties (verbranding etc.) zouden volgens mij verschillende effiecienties met zich mee brengen volgens mij

maar verder ziet het er goed uit ... wel is de belasting varieeren een intressant vervolg onderzoek om de kijken of de effiecientie veranderd !!! ben benieuwd naar de uitkomst ...

verder heb ik geen idee van de grote e.d. van de cell die je gebruikt .. zijn er geen gegevens van bekend waar je even met je waardes mee kunt vergelijken ???

zoals uitgaand vermogen ?? voltage etc.

ik denk dat een kwaliteit cell zo rond de 30 % zo moeten kunnen doen ???

kort

- je kijkt over een vaste periode hoeveel water er in gaat (liefst een langere periode [rr] )

- je meet hoeveel er uit komt over de zelfde tijds periode

McDougal

DUHH schreef:ik denk dat het waterstoff verschillende hoeveelheid energie afgeeft bij verschillende omzettingen naar water ... of h2 zo je wilt ... dus verschillende reacties (verbranding etc.) zouden volgens mij verschillende effiecienties met zich mee brengen volgens mij

maar verder ziet het er goed uit ... wel is de belasting varieeren een intressant vervolg onderzoek om de kijken of de effiecientie veranderd !!! ben benieuwd naar de uitkomst ...

verder heb ik geen idee van de grote e.d. van de cell die je gebruikt .. zijn er geen gegevens van bekend waar je even met je waardes mee kunt vergelijken ???

zoals uitgaand vermogen ?? voltage etc.

ik denk dat een kwaliteit cell zo rond de 30 % zo moeten kunnen doen ???

kort

- je kijkt over een vaste periode hoeveel water er in gaat (liefst een langere periode [rr] )

- je meet hoeveel er uit komt over de zelfde tijds periode

Hey DUHH, leuk dat jij ook weer bent aangeschoven!

Omdat ik eigenlijk het rendement vanavond nog wilde berekenen, ben ik niet in staat om nog verder vervolgonderzoek te doen, maar volgens mij gaf je ook aan dat ik het rendement al met de huidige gegevens zou moeten kunnen berekenen. Alleen bedoel je nu te zeggen: ik moet over een bepaalde tijdsperiode meten hoeveel waterstof ik de cel in stop, en hoeveel water er vervolgens wordt geproduceerd? Of bedoel je dat ik de energie moet meten die er uit komt?

Ik dacht dat als je een bepaalde hoeveelheid waterstof erin stopt, er ook een constante bijbehorende hoeveelheid water ontstaat, dat alleen de energie weglekt, niet de moleculen. Dus de hoeveelheid water en waterstof is dan toch altijd in precies dezelfde verhouding, en geeft dus altijd hetzelfde getal?

Maar in het geval dat je bedoelt dat ik moet meten hoeveel energie er uitkomt, hoe bereken ik dat dan volgens jou?

Jan van de Velde

Je berekende 4,5 mW. Klopt die berekening?

Jan van de Velde

ik denk dat het waterstoff verschillende hoeveelheid energie afgeeft bij verschillende omzettingen naar water ... of h2 zo je wilt ... dus verschillende reacties (verbranding etc.) zouden volgens mij verschillende effiecienties met zich mee brengen volgens mij

Als waterstof water wordt is er maar één energieopbrengst mogelijk, welke weg je ook volgt. En dan is het alleen nog afhankelijk van het rendement van de gebruikte methode hoe dicht je bij de 100% komt.

McDougal

Je berekende 4,5 mW. Klopt die berekening?

Dat is inderdaad best wel nauwkeurig: 4,44 mW, om precies te zijn.

Het spijt me als ik ongeduldig overkom, ik wil absoluut niet onbeleefd zijn, maar ik zou het rendement bij deze weerstand graag vanavond nog berekenen.

Ik weet dus:

*per 30 secondes het vermogen

*per 7 minuten de verdwenen waterstof

*de stookwaarde van waterstof

Mijn twee vragen zijn dus:

-Is het mogelijk om met deze gegevens het rendement te berekenen?

-En zo ja: hoe?

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

[PO Natuurkunde] Rendement Berekenen

[PO Natuurkunde] Rendement Berekenen

Re: [PO Natuurkunde] Rendement Berekenen

Re: [PO Natuurkunde] Rendement Berekenen

Re: [PO Natuurkunde] Rendement Berekenen

Re: [PO Natuurkunde] Rendement Berekenen

Re: [PO Natuurkunde] Rendement Berekenen

Re: [PO Natuurkunde] Rendement Berekenen

Re: [PO Natuurkunde] Rendement Berekenen

Re: [PO Natuurkunde] Rendement Berekenen

Re: [PO Natuurkunde] Rendement Berekenen

Re: [PO Natuurkunde] Rendement Berekenen

Re: [PO Natuurkunde] Rendement Berekenen

Re: [PO Natuurkunde] Rendement Berekenen

Re: [PO Natuurkunde] Rendement Berekenen

Re: [PO Natuurkunde] Rendement Berekenen