Estudo teórico e experimental de célula-combustível tipo pem e perspectivas de aplicação em sistemas de geração distribuída

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.Células-combustível se apresentam como alternativas promissoras para acionamento primário em sistemas de geração ou cogeração de energia. Caracterizam-se pela conversão direta da energia química do combustível em energia elétrica, o que geralmente lhes confere eficiência superior aos acionadores primários convencionais utilizados para geração termoelétrica. Dentre os diversos tipos de células-combustível existentes, as Células-Combustível do tipo Membrana de Troca de Prótons, comumente chamadas de PEMFC ou simplesmente células PEM, estão em crescente estágio de desenvolvimento. Como seu eletrólito é um polímero sólido e sua temperatura de operação é em torno de 80ºC, são adequadas para aplicação automobilística e em sistemas portáteis de geração de energia elétrica (celulares, laptops, etc). Atualmente, devido a outras características favoráveis tais como, tamanho compacto, baixo peso, partida rápida, longa vida útil dos "stacks" (blocos) e capacidade de trabalhar em regime descontínuo e com altas densidades de corrente, sua aplicabilidade foi estendida para os sistemas de geração distribuída de energia elétrica. O presente trabalho tem como objetivo avaliar experimentalmente a influência dos parâmetros de operação sobre o desempenho de uma célula-combustível tipo PEM de 15 W de potência, de fabricação brasileira e em operação no LabCET. A partir dos resultados obtidos, ações foram implementadas de forma a melhorar o desempenho desta célula-combustível. Trabalho complementar foi também realizado para avaliar a aplicabilidade dessa tecnologia como sistema compacto de geração de energia elétrica. Nesta etapa, foi realizada uma análise termoeconômica preliminar de uma célula PEM de 30 kW, comparando os resultados com valores obtidos de duas bancadas experimentais existentes no LabCET, uma constituída de uma microturbina de 28 kW e outra constituída por um motogerador de 30 kW, ambos operando com gás natural veicular