dc.creator | Ramos, Diego Berlezi | |
dc.date.accessioned | 2022-12-13T19:04:43Z | |
dc.date.available | 2022-12-13T19:04:43Z | |
dc.date.issued | 2010-03-29 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/27332 | |
dc.description.abstract | Fuel cells (FCs) offer a friendly environmental way to generate energy. Specifically, these
devices require only a fuel (generally, hydrogen) and an oxidizer (pure oxygen or air) to
produce electricity, water and heat. It is a result of the electrochemical reactions occurring in a
polymeric solid membrane. The Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFCs) are
calling attention by special characteristics: low operational temperature, simplicity,
modularity, portability and efficiency. However, its energetic performance is highly
susceptible to external influences: reactants pressure (or flux), operational temperature,
membrane water content, weather and load conditions. This sensitivity makes the FC
efficiency highly variable. Thus, this thesis proposes a FC management within specific
efficient operating conditions. It is accomplished by simultaneous coordinating the main
variables affecting generator’s efficiency: temperature, pressure and humidity. The proposed
algorithm maintains the FC working within its linear operating region. Here, the losses are
limited by rational fuel utilization. Considering the intrinsic and relative complexity of the
relationships to stabilize the PEMFC membrane electrode assembly (MEA) this thesis uses
intelligent algorithms, such as neural networks and fuzzy logic to emulate the FC behavior
and to promote an efficient operation. These effects are checked with practical results
obtained with simultaneous occurrence of the above mentioned external factors. The isolated
treatment of these variables does not allow to reach higher efficiency levels. With the
obtained data analysis it is possible to develop a control algorithm by using a neuro-fuzzy
inference system (ANFIS) to simplify the FC modeling task. One of the main FC generator
applications relies on the wide range of power source integration. Also, it is considered the
main grid connection, assuming that the generator is subjected to load variations as a result of
islanding events. It is a critical situation, mainly when there is load sharing between the local
generator and the main grid, which is used as a reference to justify the control algorithm
ability to track the operational FC efficiency after any load variation. FC simulated and
practical results show that it is possible to reach ranges between 5 to 20% of higher efficiency
levels without adversely affecting fuel consumption and membrane integrity. | eng |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | por |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Eficiência de células a combustível | por |
dc.subject | Membrana de troca protônica | por |
dc.subject | Controle fuzzy | por |
dc.subject | Modelagem ANFIS | por |
dc.subject | Ilhamento | eng |
dc.subject | Fuel cells efficiency | eng |
dc.subject | Proton exchange membrane | eng |
dc.subject | Fuzzy logic control | eng |
dc.subject | ANFIS modeling | eng |
dc.subject | Islanding | eng |
dc.title | Gerenciamento da climatização de células a combustível do tipo PEM para integração com a rede de energia elétrica visando à eficiência energética | por |
dc.title.alternative | PEM fuel cells management to integration with the power grid aiming at the operational efficiency | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.description.resumo | 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. | por |
dc.contributor.advisor1 | Farret, Felix Alberto | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5783619992936443 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Gomes , Natanael Rodrigues | |
dc.contributor.referee1 | Reis, Lineu Belico dos | |
dc.contributor.referee2 | Silva, Luiz Eduardo Borges da | |
dc.contributor.referee3 | Canha, Luciane Neves | |
dc.contributor.referee4 | Cardoso, Ghendy | |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/9143184033328069 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Engenharia Elétrica | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Tecnologia | por |