Modelagem semiempírica e validação experimental para processos de eletrólise alcalina.
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Data
2024
Autores
Rojas Garcete, Alberto Daniel
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Resumo
O hidrogênio é o elemento químico mais abundante no universo e na terra normalmente se encontra em sua forma molecular (H2). Este é um recurso energético versátil, com ampla aplicação em células a combustível para a conversão da energia química em eletricidade, na produção de amônia e como matéria-prima em diversos setores industriais. Para obter hidrogênio eletrolítico com baixas emissões de carbono, é necessário utilizar fontes de energia renováveis. O principal objetivo deste trabalho é apresentar a modelagem e a validação experimental de um sistema de eletrólise alcalina. Foi desenvolvido um modelo eletroquímico semiempírico que permite compreender o comportamento das variáveis de processo, como tensão e corrente, acoplado a um modelo térmico baseado no método das capacitâncias globais. O ajuste dos parâmetros foi realizado utilizando o algoritmo de mínimos quadrados não lineares da ferramenta "Curve Fitter" do software Matlab. Os resultados indicaram que, dentro de uma faixa de temperatura operacional (25oC – 60oC) para uma configuração específica de corrente, o modelo é capaz de prever a evolução da tensão do sistema, mesmo em fases transitórias.
Abstract
Hydrogen is the most abundant chemical element in the universe, and on Earth, it is typically found in its molecular form (H₂). It is a versatile energy resource, with wide applications in fuel cells for converting chemical energy into electricity, in ammonia production, and as a raw material in various industrial sectors. To obtain electrolytic hydrogen with low carbon emissions, renewable energy sources must be used. The main objective of this work is to present the modeling and experimental validation of an alkaline electrolysis system. A semiempirical electrochemical model was developed to understand the behavior of process variables, such as voltage and current, coupled with a thermal model based on the global capacitance method. Parameter fitting was conducted using the non-linear least squares algorithm of the "Curve Fitter" tool in Matlab. The results indicated that, within an operational temperature range (25°C - 60°C) for a specific current configuration, the model is capable of predicting the system’s voltage evolution, even during transient phases
Descrição
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Latino-Americano de Tecnologia, Infraestrutura e Território da Universidade Federal da Integração Latino- Americana, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Química.
Palavras-chave
eletrólise, hidrogênio, modelagem, simulação.