STUDIO DI MASSIMA DI UN VEICOLO PERSONALE MOTORIZZATO MEDIANTE CELLE A COMBUSTIBILE

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Camillo Guglielmi
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1 ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITA' DI BOLOGNA SECONDA FACOLTA DI INGEGNERIA CON SEDE A CESENA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA AEROSPAZIALE Sede di Forlì ELABORATO FINALE DI LAUREA In Disegno assistito al calcolatore STUDIO DI MASSIMA DI UN VEICOLO PERSONALE MOTORIZZATO MEDIANTE CELLE A COMBUSTIBILE CANDIDATO Luca Ricci RELATORE Prof. Luca Piancastelli Anno Accademico Sessione II 1

2 SCOPO DEL LAVORO Studiare e progettare un veicolo motorizzato mediante celle a combustibile SOMMARIO Esaminare metodi di produzione, stoccaggio e trasporto dell idrogeno Esaminare le celle a combustibile: composizione, funzionamento e varie tipologie Analizzare alcuni tipi di veicoli alimentati a idrogeno Applicare la tecnologia delle fuel cells ad un veicolo personale 2

3 PROBLEMA Uso di combustibili fossili Aumento di anidride carbonica (CO 2 ) Aumento di temperatura nel XX secolo POSSIBILE SOLUZIONE Impiego dell idrogeno come vettore energetico 3

Tecnologie di produzione dell idrogeno Rendimento molto variabile: 0.20-0.

4 Tecnologie di produzione dell idrogeno Rendimento molto variabile: Alcuni processi richiedono il sequestro di CO2 Costi di investimento elevati Costo di H2 prodotto $/GJ da combustibili fossili Oltre 50 $/GJ da fonti rinnovabili Costo benzina 25 $/GJ 4

Stoccaggio e trasporto dell idrogeno STOCCAGGIO TRASPORTO Idrogeno gassoso Idrogeno liquido Trasporto su mezzi Idruri di metallo Idruri chimici

5 Stoccaggio e trasporto dell idrogeno STOCCAGGIO TRASPORTO Idrogeno gassoso Idrogeno liquido Trasporto su mezzi Idruri di metallo Idruri chimici Gasdotti ed oleodotti Nanostrutture di carbonio Microsfere di cristallo Costo trasporto Idrogeno gassoso ha maggior costo dell idrogeno liquido 5

6 Le celle a combustibile COMPOSIZIONE Anodo Catodo Catalizzatore Elettrolita FUNZIONAMENTO Reazione sull Anodo 2H 2 4H + + 4e - Reazione sul Catodo H + + 4e - 2H 2 O 6

7 Le celle a combustibile TIPOLOGIE Celle alcaline (A-FC) Celle ad acido fosforico (PA-FC) Celle polimeriche (PEM-FC) Celle a carbonati fusi (MC-FC) Celle ad ossidi solidi (SO-FC) Celle ad alimentazione diretta di metanolo (DM-FC) 7

Esempi di veicoli a fuel cell CARATTERISTICHE Potenza motore: 60 kw Fuel cell: tipo PEM Velocità massima: 130 km/h Autonomia: 220 km Capacità serbatoio: 2,4

8 Esempi di veicoli a fuel cell CARATTERISTICHE Potenza motore: 60 kw Fuel cell: tipo PEM Velocità massima: 130 km/h Autonomia: 220 km Capacità serbatoio: 2,4 kg Costo: circa CARATTERISTICHE Potenza motore: 240kW Potenza fuel cell: 120 kw Velocità massima: 80 km/h Autonomia: 280 km Capacità serbatoio: 35 kg 8

9 Veicolo motorizzato mediante celle a combustibile DIMENSIONI Lunghezza: 1200 mm Larghezza: 1000 mm Altezza: 1600 mm CARATTERISTICHE Potenza motore: 250 W Potenza fuel cell: 250 W Velocità massima: 25 km/h Autonomia: 250 km Capacità serbatoio: 3 kg Costo del prototipo: circa

Veicolo motorizzato mediante celle a combustibile COMPONENTI Motore ruota Sito web: http://www.goldenmotor.

10 Veicolo motorizzato mediante celle a combustibile COMPONENTI Motore ruota Sito web: Tipo: elettrico a CA brushless Potenza: 250 W Massa: 4,5 kg Diametro ruota: 12 Costo: 115 $ Vantaggi: controllo preciso coppia motrice e frenante Svantaggi: peso Cella a combustibile Sito Web: Massa: 40 kg Potenza: 250 W Corrente erogata: 20 A Consumo di gas: 100 g/h Dimensioni: 717 x 462 x 290 mm Costo: 2600 $ 10

Veicolo motorizzato mediante celle a combustibile COMPONENTI Batteria ricaricabile Sito web: http://www.pingbattery.

11 Veicolo motorizzato mediante celle a combustibile COMPONENTI Batteria ricaricabile Sito web: Tensione: 36 Volt Capacità: 30 Ah Massa: 11,5 kg Dimensioni: 225x210x150 mm Ciclo di vita del pacchetto intero: maggiore del 85% della capacità dopo 1000 cicli di ricarica Durata vita (utilizzo giornaliero): 5-6 anni Tempi di ricarica: 0,25 1 ora Autoscarica mensile: 8% Sicurezza: Eccellente Prodotto Green Costo: 738 $ 11

Veicolo motorizzato mediante celle a combustibile Telaio Materiale: acciaio Massa: 15 kg COMPONENTI Scocca autoportante Materiale: sandwich con due strati di

12 Veicolo motorizzato mediante celle a combustibile Telaio Materiale: acciaio Massa: 15 kg COMPONENTI Scocca autoportante Materiale: sandwich con due strati di tessuto in fibra di carbonio (T300) / epossidica (spessore 1 mm) con polistirene espanso Massa: 6 kg Freni Tipo: a disco Diametro: 160mm Massa: 130 grammi 12

13 Veicolo motorizzato mediante celle a combustibile VERIFICA CRASH TEST DEL TELAIO Crash test: si ipotizza la caduta da 1 metro dalle direzioni cardinali 13

14 Veicolo motorizzato mediante celle a combustibile VERIFICA STABILITA DEL VEICOLO Stabilità verticale - ribaltamento 14

15 Veicolo motorizzato mediante celle a combustibile Stabilità durante una frenata VERIFICA STABILITA DEL VEICOLO 15

16 Conclusioni e sviluppi futuri PROBLEMI SVILUPPO TECNOLOGIA AD IDROGENO Fattore economico Concorrenza veicoli elettrici Sensibilizzazione acquirenti SVILUPPI FUTURI VEICOLO Realizzazione Verifica a stabilità laterale sbandata Cercare di diminuire la massa Utilizzare una fuel cell con minor potenza Studi riguardo l ergonomia dell abitacolo Abbassare i costi aumento autonomia km 16

17 GRAZIE DELL ATTENZIONE 17

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