Estudo e otimização de uma pilha de combustível de pequena potência (10W) e sua integração em equipamento portátil

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Com o presente trabalho pretende-se, em termos globais, contribuir para o aprofundamento do conhecimento sobre as pilhas de combustível a hidrogénio através do estudo de uma pilha de combustível de pequena potência (10W) e a sua integração em equipamento portátil. Em termos estruturais, de uma forma geral, esta dissertação engloba três partes distintas, uma parte inicial na qual se procede a uma revisão de literatura, uma segunda parte, na qual é efetuado um estudo acerca da implementação da pilha de combustível a hidrogénio no equipamento portátil escolhido, por fim, uma terceira parte na qual é apresentada uma simulação do funcionamento dessa pilha com a devida discussão sobre os resultados obtidos, bem como sobre as limitações do estudo. Foram delineados três objetivos para este trabalho: o estudo teórico das pilhas de combustível, composto pelo estudo do seu princípio de funcionamento, das suas características, do tipo de combustível, das aplicações e dos desafios existentes neste tipo de tecnologia; o estudo comparativo entre as pilhas de combustível e outras tecnologias no mercado; e a implementação de uma pilha a hidrogénio num equipamento portátil escolhido por mim e estudo das suas características em funcionamento. A implementação de uma pilha de combustível a hidrogénio num equipamento portátil foi conseguida através do recurso ao programa Matlab®. Assim, foi possível a simulação do funcionamento da pilha para o equipamento selecionado. A simulação permitiu analisar e compreender o processo no interior da pilha de hidrogénio e o que esta transmite para o equipamento portátil. Em termos de resultados, estes foram suficientes para se ajuizar sobre as curvas características típicas de uma pilha de hidrogénio, nomeadamente da variação da corrente e da tensão com a variação de carga aplicada na pilha de hidrogénio.

Abstract: The intention with the present work, in global terms, is to contribute for a more profound understanding about the hydrogen fuel cells from the studies of a low power fuel cell (10W) and its integration on portable equipment. In structural terms, in a general way, this thesis is assembled in three distinct parts, one consisting in a literature revision, a second in a study about the implementation of a hydrogen fuel cell in a particularly chosen portable equipment, and a third consisting in a simulation and discussion of obtained results of a fuel cell operation as well as study shortfalls. There were three objectives to be considered for this work: the theoretical study of the fuel cell, consisting on the: (i) study of the operation principle, (ii) main features, (iii) fuel type, (iv) existing applications and (v) technology challenges; the study of its functioning characteristics and also the comparative study between fuel cells and other technologies available in the market and the implementation of a hydrogen fuel cell in a portable equipment chosen by me. The implementation of a hydrogen fuel cell in a portable equipment was only possible resorting to the Matlab® program. Therefore, it was possible to simulate in the selected equipment the functioning of the fuel cell. The simulation allowed the analysis and the understanding of the interior process of the hydrogen fuel cell and what it provides to the portable equipment. Concerning results, these were more than enough to get the typical outline of the characteristic curves of a hydrogen fuel cell, mostly about the current and tension variation with the charge variation applied the hydrogen fuel cell.