Escoamento em Células a Combustível
As células a combustível são dispositivos criados com o objetivo de converter a energia livre dos combustíveis diretamente em trabalho, no caso, em trabalho elétrico. Uma célula a combustível pode ser vista como uma bateria que opera de maneira contínua. Assim como em uma bateria, existe a presença de dois eletrodos, um positivo (cátodo) e um negativo (ânodo), e a geração de corrente elétrica ocorre devido às reações eletroquímicas nestes eletrodos. Diferentemente de uma bateria, uma célula a combustível requer uma alimentação contínua de combustível e oxidante, o que a torna portanto um sistema contínuo. Além disso, uma célula a combustível gera algum tipo de efluente. Para as células que utilizam hidrogênio como combustível e oxigênio como oxidante, os únicos efluentes gerados são água e calor.
O desenvolvimento de células a combustível encontra-se em um nível muito avançado, fruto de intensas pesquisas realizadas nas últimas décadas em todo mundo. Porém, ainda existem problemas associados ao uso eficaz desta tecnologia, tanto no que se refere à produção e armazenamento de combustíveis quanto no funcionamento da célula em si. Conforme destacado anteriormente, no caso das células com membrana de troca de prótons (PEMFCs) existe uma grande dificuldade relacionada o gerenciamento da água presente no interior da célula. Os componentes utilizados na fabricação, especialmente a membrana, necessitam de uma alta umidade para que o transporte de íons seja eficiente. Porém, quando a quantidade for excessiva, ocorre a condensação de água nos canais, dificultando a passagem de reagentes. Assim, o estudo da formação e transporte de água no interior da célula é fundamental para possibilitar avanços na produção e uso de PEMFCs.
Exemplo: Formação e coalescência de gotas de água formas no canal de escoamento de uma PEMFC (ver Fontana et al (2013) para detalhes):
Publicações na área:
Dissertação de mestrado: Geração e transporte de água em células a combustível com membrana de troca de prótons
Ulson de Souza, Selene M. A.; Mancusi, Erasmo; Fontana, Éliton; Ulson de Souza, Antônio Augusto. CFD Simulation of Two-Phase Flow Patterns in the Gas Channel of a Proton Exchange Membrane Fuel Cell. Chemical Engineering & Technology, v. 38, n 7, p. 1229-1234, 2015;
Mancusi, Erasmo; Fontana, Éliton; Ulson de Souza, Antônio Augusto ; Ulson de Souza, Selene M. A. Numerical study of two-phase flow patterns in the gas channel of PEM fuel cells with tapered flow field design. International Journal of Hydrogen Energy, v. 39, p. 2261-2273, 2014;
Fontana, Éliton; Mancusi, Erasmo; Ulson de Souza, Antônio Augusto; Ulson de Souza, Selene M. A. Flow regimes for liquid water transport in a tapered PEMFC flow channel. Journal of Power Sources (Print), v. 234, p. 260-271, 2013;
Fontana, Éliton; Mancusi, Erasmo; Silva, Adriano da; Mariani, Viviana Cocco; Ulson de Souza, Antônio Augusto; Ulson de Souza, Selene Maria de Arruda Guelli . Study of the Effects of Flow Channel with Non-Uniform Cross-sectional Area on PEMFC Species and Heat Transfer. International Journal of Heat and Mass Transfer, v. 54, p. 4462-4472, 2011.