Riassunto analitico
La tecnologia PEM (Proton Exchange Membrane) fuel cell oggigiorno è considerata una valida alternativa per la produzione di energia rispetto ai sistemi tradizionali. Questo è reso possibile grazie alla reazione ossido-riduttiva tra Idrogeno ed Ossigeno a temperature di esercizio di 100 °C, ovvero l’energia chimica contenuta nei reagenti viene trasformata in energia elettrica; essendo che non c’è una totale conversione perché una parte dell’energia chimica viene dissipata sottoforma di calore, diventa importante porre l’attenzione su come ottimizzare tale fenomeno dissipativo e quindi implementare il processo di raffreddamento. Di recente i nanofluidi ovvero nanoparticelle di dimensioni comprese tra 1 μm e 100 μm disperse in un fluido base tradizionale, sono stati inseriti nel contesto relativo al raffreddamento dei sistemi di celle a combustibile grazie alle loro sempre più evidenti e comprovate proprietà fisiche quali: conducibilità termica, viscosità, densità e capacità termica, le quali favoriscono e migliorano lo scambio termico rendendo in tal modo i nanofluidi appetibili e di grande interesse rispetto ai tradizionali fluidi di scambio, poco ingegnerizzati e con limitate e scarse proprietà termiche e dissipative del calore. Pertanto il presente lavoro di tesi insiste sulle interessanti proprietà fisiche e termiche dei nuovi fluidi vettori e si concentra sulla preparazione di diversi campioni nanofluidi usando nanoparticelle a base di Titania TiO_2 e Silice SiO_2 da sole oppure combinando entrambe, in diverse concentrazioni, in una soluzione a base di acqua e glicole ed in presenza di disperdenti (PEG + Sodio trifosfato industriale) al fine di evidenziare le migliori prestazioni dal punto di vista termico. Di fondamentale importanza risulta essere anche l’aspetto legato alla stabilità di tali sistemi che viene garantita grazie a diversi metodi di stabilizzazione e poi verificata attraverso misure del potenziale Z e di granulometria, essendo che le nanoparticelle non sono omogeneamente disperse nel fluido ospitante e pertanto affette da fenomeni di agglomerazione e raggruppamento di tali particelle. Infatti il lavoro si è svolto in due fasi ed in particolare nella seconda fase è stata posta una maggiore attenzione sulla miscelazione ed agitazione dei campioni modificando alcuni parametri (tipo di miscelazione, frequenza e tempo di miscelazione) mettendo, quindi, in rilievo come tale aspetto possa effettivamente condizionare ed influenzare la stabilità dei nanofluidi. Si è passati poi alla caratterizzazione dei campioni dal punto di vista termico e fisico attraverso analisi e misure di laboratorio quali: conducibilità, per differenti valori di temperatura, tensione superficiale e calore specifico. La conducibilità termica e la stabilità chimica sono state studiate ed analizzate per differenti valori di temperatura al fine di trovare una composizione ideale ed ottimale ed inoltre si è cercata una concentrazione di nanoparticelle tale da non risentire di fenomeni di agglomerazione e coagulazione. Quello che è stato possibile evidenziare e/o confermare dal punto di vista degli esperimenti di laboratorio, è stato l’effettivo incremento della conducibilità termica utile a favorire la dissipazione del calore in maniera più rapida ed efficace.
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