[pt] MODELAGEM DA CURVA DE POLARIZAÇÃO EM CÉLULAS À COMBUSTÍVEIS: ANÁLISE DE SENSIBILIDADE

[en] MODELING OF THE POLARIZATION CURVE IN FUEL CELLS: SENSITIVITY ANALYSIS

[pt] JHUAN DE SA MAIA

[pt] SOFC

[pt] CURVA DE POLARIZACAO

[pt] MODELAGEM TERMODINAMICA

[pt] CELULA A COMBUSTIVEL

[pt] PEMFC

[en] SOFC

[en] POLARIZATION CURVE

[en] THERMODYNAMIC MODELING

[en] FUEL CELL

[en] PEMFC

[pt] O trabalho consiste na análise de sensibilidade da modelagem das perdas na curva de polarização e na eficiência geral nas condições de operação na modelagem termodinâmica aplicada a PEMFC (Célula a combustível de membrana de troca de prótons) e SOFC (Célula a combustível de óxido sólido). Para obter a melhor modelagem dentre os equacionamentos utilizados na literatura, de acordo com a tecnologia e a potência oferecida pela célula, verificando a sensibilidade para os parâmetros utilizados. Através de correlações da literatura, identificar os artigos mais adequados e validar com dados experimentais a modelagem a partir de uma simulação desenvolvida com suas equações. Após as validações, de Trindade (2020), Sharaf (2014) e Azizi (2018), foram variados os parâmetros na simulação para analisar a partir da variação do valor de saída da potência máxima, da tensão e densidade de corrente para potência máxima, quais modelos são mais sensíveis a variações nos respectivos parâmetros. Com os resultados para análise, foi identificado que para cada uma das perdas de potencial, ativação, ôhmica e concentração, existe um parâmetro que sensibiliza mais o modelo. Na perda de ativação, o parâmetro com maior impacto no resultado final é o coeficiente de troca de carga do catodo, que se mostrou o parâmetro que tem maior variação de potência máxima. Para a perda ôhmica, foram os de resistividade dos componentes da célula, quanto maior a resistência dos componentes menor é a potência de saída. Por fim para a perda de concentração, é a densidade de corrente limite, pois impacta no limite de transferência de carga pela célula. Em relação a melhor modelagem, ao comparar os modelos de Trindade (2020) e de Sharaf (2014), foi possível identificar que os modelos com maior quantidade de parâmetros diluem mais a sensibilidade entre eles, e quando comparado entre o de Azizi (2018) e os modelos de PEMFC o modelo com menor sensibilidade ainda se destaca pelo mesmo motivo, mostrando uma sensibilidade para o coeficiente de troca de carga do catodo, as resistividades dos componentes e a densidade limite da célula, demandando maior atenção.

[en] The work consists of the sensitivity analysis of the modeling of losses in the polarization curve and the general efficiency in the operating conditions in the thermodynamic modeling applied to PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) and SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) . To obtain the best modeling among the equations used in the literature, according to the technology and the power offered by the cell, verifying the sensitivity for the parameters used. Through literature correlations, identify the most suitable articles and validate with experimental data the modeling from a simulation developed with its equations. After the validations, by Trindade (2020), Sharaf (2014) and Azizi (2018), the parameters were varied in the simulation to analyze from the variation of the maximum power output value, voltage and current density for maximum power, which models are more sensitive to variations in the respective parameters. With the results for analysis, it was identified that for each of the potential, activation, ohmic and concentration losses, there is a parameter that sensitizes the model more. In the activation loss, the parameter with the greatest impact on the final result is the cathode charge exchange coefficient, which proved to be the parameter with the greatest maximum power variation. For the ohmic loss, it was the resistivity of the cell components, the greater the resistance of the components, the lower the output power. Finally, for the concentration loss, it is the threshold current density, as it impacts the charge transfer threshold through the cell. In relation to better modeling, when comparing the models of Trindade (2020) and Sharaf (2014), it was possible to identify that the models with a greater number of parameters dilute the sensitivity between them more, and when compared between Azizi s (2018) and the PEMFC models, the model with lower sensitivity still stands out for the same reason, showing a sensitivity to the cathode charge exchange coefficient, the component resistivities and the cell limit density, demanding more attention.

FLORIAN ALAIN YANNICK PRADELLE

2022-07-12

[pt] TEXTO

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PORTUGUÊS

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.59922