Modelagem e simulação via elementos finitos de uma célula de combustível a etanol direto

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Souza, Marcelo Maraschin de
• Orientador(a): De Bortoli, Álvaro Luiz
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Combustíveis; Etanol; Modelos matemáticos; Elementos finitos
• Palavras-chave em Inglês: Fuel cell; Finite element method; Ethanol; Overpotential losses; Mathematical model
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/193341

A geração de energia é um tema em constante debate, seja referente a sua eficiência e renovabilidade, ou a emissão de poluentes. Além disso, o consumo de energia tem crescido cada vez mais ao longo dos anos e, em contrapartida, combustíveis fósseis, que são responsáveis por cerca de 80% da geração de energia do mundo, correm risco de escassez. Uma tecnologia com características renováveis que tem se mostrado promissora e, ainda, mais eficiente que os geradores de energia tradicionais é a célula de combustível, que alimentada por etanol torna o processo limpo e eficiente. Neste trabalho, desenvolve-se um modelo numérico bi-dimensional para células de combustível com membrana trocadora de prótons alimentada por etanol produzido a partir de biomassa. O modelo leva em consideração o escoamento, a variação da concentração das espécies químicas, a variação da temperatura, a taxa de passagem de etanol através da membrana e as perdas sobrepotenciais no ânodo e no cátodo. As simulações numéricas são feitas utilizando o método de elementos finitos para discretização no espaço e o método de Crank-Nicolson para discretização no tempo. colorredAs perdas sobrepotenciais da célula são calculadas utilizando parâmetros (velocidade, concentração e temperatura) calculados com o modelo numérico. Resultados de escoamento, variação da concentração das espécies e temperatura, passagem de etanol através da membrana, densidade de corrente limitante, comparação de vazões e porosidades são exibidos. Apresenta-se resultados de tensão da célula comparando catalisadores, temperaturas iniciais e concentrações iniciais com dados experimentais encontrados na literatura.