Modelo termodinâmico de uma pilha a combustível de óxido sólido operada com etanol para geração distribuída

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Rodrigo Brito Gomes
• Orientador(a): Tulio Matencio
• Banca de defesa: Kátia Cecília de Souza Figueiredo, Vanessa de Freitas Cunha Lins
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Minas Gerais
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
• Departamento: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Pilhas a combustível; Arquitetura de uma PaCOS; Etanol; Termodinâmica; MATLAB; CHP; Hidrogênio
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/1843/57748

As pilhas a combustível de óxido sólido, PaCOS, são dispositivos que convertem energia química em energia elétrica, através da reação eletroquímica entre um combustível e um oxidante com uma baixa emissão de poluentes e de ruído. Esses dispositivos eletroquímicos são mais eficientes dos que os motores a combustão, limitados ao ciclo de Carnot. Para atingir potência elétrica adequada, as PaCOS são formadas por empilhamentos de células unitárias constituídas por dois eletrodos porosos cerâmicos e por um eletrólito cerâmico denso e condutor iônico. A disposição da PaCOS e dos periféricos são definidas por arquiteturas que são temas de pesquisa no desenvolvimento de novas fontes energéticas. Estudos sobre reaproveitamento energético e aumento de eficiência são de grande interesse e os sistemas de cogeração de calor e energia (CHP-Combined Heat and Power energy technology) surgiram como formas de reaproveitar a energia do sistema, aumentando sua eficiência. Periféricos como trocadores de calor, turbinas, reformador e compressores necessitam de uma fonte de energia para operarem. O aproveitamento otimizado da energia, associada aos gases de saída da PaCOS, se apresenta como boa solução. Neste trabalho, propõe-se desenvolver e validar um modelo termodinâmico, usando a linguagem de programação MATLAB, de uma arquitetura de uma pilha a combustível de óxido sólido (PaCOS) operada com etanol. Para o desenvolvimento do trabalho, realizou-se um levantamento bibliográfico que forneceu dados de operação e equações utilizadas nos estudos anteriores das arquiteturas. Como resultado, o sistema com 250 células apresentou resultados satisfatórios para fornecer energia elétrica para geração distribuída com alto índice de aproveitamento térmico, com uma potência de 10,34 kW em corrente alternada, eficiência elétrica de 45,59% e eficiência térmica de 87,53%.