Gerenciamento da climatização de células a combustível do tipo PEM para integração com a rede de energia elétrica visando à eficiência energética
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Data
2010-03-29Primeiro coorientador
Gomes , Natanael Rodrigues
Primeiro membro da banca
Reis, Lineu Belico dos
Segundo membro da banca
Silva, Luiz Eduardo Borges da
Terceiro membro da banca
Canha, Luciane Neves
Quarto membro da banca
Cardoso, Ghendy
Metadata
Mostrar registro completoResumo
As células a combustível (CaCs) representam uma alternativa para gerar energia de forma
ambientalmente amigável. Especificamente, estes equipamentos requerem apenas um
combustível (em geral, hidrogênio) e um oxidante (oxigênio ou ar) para gerar eletricidade,
água e calor como resultado de reações eletroquímicas promovidas através de uma membrana
polimérica sólida – o eletrólito da reação. As CaCs com membrana de troca protônica (Proton
Exchange Membrane - PEM) têm recebido maior atenção da indústria. Isso se deve por suas
características de funcionamento: baixa temperatura de operação, simplicidade construtiva,
modularidade, portabilidade e eficiência. Entretanto, o desempenho destes dispositivos é
suscetível a influências externas, tais como a pressão (ou fluxo) dos reagentes, temperatura de
operação, conteúdo de água acumulado na membrana, carga demandada e condições
climáticas. Esta sensibilidade torna a eficiência da CaC altamente variável. Para contornar
este problema esta tese propõe o gerenciamento da CaC dentro de condições específicas para
uma operação eficiente. Faz-se isso pela coordenação simultânea das principais variáveis que
afetam a eficiência do gerador: temperatura, pressão e umidade em relação à sua característica
VxI . O algoritmo de controle proposto mantém a CaC em sua região linear de operação, onde
as perdas são balanceadas, resultando em um aproveitamento mais racional do combustível.
Considerando-se a complexidade relativa aos processos intrínsecos de climatização da
montagem membrana-eletrodo (MEA) de uma CaC, adotam-se algoritmos inteligentes
baseados em redes neurais e lógica fuzzy para simular o comportamento da CaC e controlar
sua operação de forma eficiente. Estes efeitos são mostrados por resultados práticos causados
pela ocorrência simultânea dos fatores externos mencionados. O tratamento isolado destas
variáveis não permite atingirem-se níveis mais altos de eficiência. Com a análise dos dados
pode-se desenvolver um algoritmo de controle usando inferência fuzzy. Estes dados também
permitem a simulação usando um sistema de inferência neuro-fuzzy adaptativo (ANFIS), que
simplifica a modelagem. Um dos principais focos de interesse para o uso de CaCs refere-se à
integração com múltiplas fontes alternativas. Também se considera a possibilidade de
conexão com uma rede principal. Para realizar esta conexão supõe-se que o gerador esteja
sujeito às variações de carga decorrentes de um ilhamento. Isto é usado como justificativa
para desenvolver o algoritmo de controle, que busca manter condições eficientes de operação
da CaC após a mudança de carga. Os resultados simulados e práticos com CaCs mostram que
é possível atingirem-se aumentos de níveis de eficiência na faixa de 5 a 20%, sem
comprometer o consumo de combustível e a integridade da membrana.
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