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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/12163| Título: | Simulação computacional e comparação de aplicabilidade entre duas células a combustível tipo membrana trocadora de prótons |
| Título(s) alternativo(s): | Computational simulation and applicability comparison between two proton-membrane type fuel cells |
| Autor(es): | Breder, Rômulo Alves |
| Orientador(es): | Sordi, Alexandre |
| Palavras-chave: | Células à combustível Eletroquímica Simulação (Computadores) Fuel cells Electrochemistry Computer simulation |
| Data do documento: | 5-Dez-2019 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Londrina |
| Citação: | BREDER, Rômulo Alves. Simulação computacional e comparação de aplicabilidade entre duas células a combustível tipo membrana trocadora de prótons. 2019. 68 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2019. |
| Resumo: | Energias de fontes não renováveis estão sendo cada vez mais substituídas por energias de fontes renováveis. Para que o processo ocorra de modo mais ágil são necessários avanços tecnológicos na matriz renovável de energia, possibilitando concorrência de custo com matrizes não renováveis, como o combustível fóssil, visto que a eficiência de combustíveis renováveis, como o hidrogênio, é mais chamativa a utilização em larga escala. As células a combustível do tipo membrana trocadoras de prótons (PEM) são estudadas como um dos meios de reverter a matriz energética global, porém como atuam a baixas temperaturas (80ºC), em seus componentes estão presentes os metais nobres, que agem como catalisadores, elevando o custo. Assim o desenvolvimento da célula a combustível do tipo PEM deve se aprimorar em termos de mais eficiência, a ponto de superar o custo. Um dos métodos de alterar a eficiência de uma PEMFC, sem alterar seus materiais, é a alteração do canal de fluxo. Os canais de fluxo são responsáveis por conduzir os gases combustível e oxidante no interior da célula a combustível, logo diferentes perfis de canais de fluxo conduzem de forma mais ou menos eficiente. Um dos perfis mais comuns a serem utilizados é a serpentina e suas variações, como a simples, dupla, tripla ou múltipla, que possuem características importantes para a funcionalidade de diferentes escalas de células a combustível tipo PEM. A variação do fluxo de gases em âmbito tridimensional é apresentada como uma via alternativa mais eficiente, em comparação com a bidimensional, e a mais recente inovação do campo de pesquisa são os canais de fluxo inspirados em perfis da natureza, os canais bio inspirados. A proposta deste trabalho é de simular uma célula PEM com perfil de serpentina duplo como simulação base e comparar com uma inovação, a braquistócrona. A braquistócrona é um perfil natural de maior velocidade entre dois pontos, sendo uma curva similar a ondulações, ela propõe a alteração no âmbito tridimensional por um canal bio inspirado de fluxo. A simulação de células a combustível é uma ferramenta excepcional para a validação de modelos, desde que atestem as qualidades de simulação, ou seja, que comprovem a veridicidade dos resultados. Foram comparados dois modelos de células a combustível por meio de diversos gráficos como de fração mássica dos gases hidrogênio e oxigênio, umidificação da membrana, densidade de corrente elétrica, gráfico de residuais entre outros. Os resultados obtidos neste trabalho são um indicativo de que a curva braquistócrona é um avanço para as células a combustível do tipo membrana trocadora de prótons, apresentando melhoras valores em diversos parâmetros de medição da eficácia de uma PEMFC. |
| Abstract: | Energy from non-renewable sources is increasingly being replaced by energy from renewable sources. In order to make the process more agile, technological advances in the renewable energy matrix are necessary, allowing cost competition with nonrenewable matrices, such as fossil fuel, since the efficiency of renewable fuels, such as hydrogen, is more attractive to use on a large scale. Proton-exchange membrane fuel cells (PEM) are studied as one of the means of reversing the global energy matrix, but as they operate at low temperatures (80ºC), there are noble metals that act as catalysts in their components driving up the cost. Thus, the development of the PEMtype fuel cell must be improved in terms of efficiency, to the point of exceeding cost. One of the methods of changing the efficiency of a PEMFC without changing its materials is by changing the flow channel. Flow channels are responsible for conducting fuel and oxidant gases within the fuel cell, so different flow channel profiles conduct more or less efficiently. One of the most common profiles to use is the serpentine and its variations, such as single, double, triple or multiple, which have important characteristics for the functionality of different PEM fuel cell ranges. Threedimensional gas flow variation is presented as a more efficient alternative to twodimensional pathway, and the latest innovation in the field of research is natureinspired flow channels, the bio-channels. The purpose of this work is to simulate a double serpentine profile PEM cell as a base simulation and compare it with an innovation, the brachistochron. Brachistochron is a natural profile of higher velocity between two points, being a wave-like curve; it proposes the alteration in the threedimensional scope by a flow bio-channel. Fuel cell simulation is an exceptional tool for model validation, if it attests to the simulation qualities, that is, to prove the truth of the results. Two fuel cell models were compared using various graphs such as hydrogen and oxygen mass fraction, membrane humidification, electric current density, residual graphs and others. The results obtained in this work are indicative that the brachistochron curve is an advance for proton membrane fuel cells, presenting better values in several parameters of measurement of the efficacy of a PEMFC. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/12163 |
| Aparece nas coleções: | LD - Engenharia Ambiental |
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