Statistical analysis of a proton exchange membrane fuel cell
DOI:
https://doi.org/10.47385/cadunifoa.v19.n54.4806Keywords:
fuel cell, cell efficiency, data distribution analysis, regression modelsAbstract
The growing concern about environmental impacts and the depletion of fossil fuel sources has fueled research into new forms of energy derived from renewable sources. In this context, where the primary focus is on mitigating environmental pressures, the use of fuel cell technology appears as a way. This technology, which works on hydrogen and oxygen gases to produce water and energy, stands out for its capacity to generate power without emitting pollutants during the process. This study delves into the operation of a polymer membrane fuel cell, conducting a statistical analysis of the influence of reactant pressures and operating temperature on reactant concentrations at the electrode-membrane interface, Nernst potential, and the polarization and power curves of the cell. To achieve this, a commercially available fuel cell model, known as the Ballard Mark IV, was employed, working within pressure intervals of 1 to 3 atm and temperatures ranging from 60 to 90°C. The concentrations of reactants and Nernst potential were seen to approximate a standardized normal distribution. Conversely, the cell output voltage, as well as the developed electrical power, showed deviation from normalized behavior in the concentration effects region. Regression models proved a high coefficient of determination, thereby conferring reliability to the mathematical formulation. Optimal operational conditions were found by considering the maximization of cell voltage, current density, power, and efficiency. In this study, the region of best cell efficiency was reached within pressure and temperature ranges of 2.5 to 3 atm and 78 to 90°C, respectively.
Downloads
References
BARBETLA, REIS, BORNIA. Estatística para Cursos de Engenharia e Informática. Editora Atlas, 2004.
BPI CONSULTING. Anderson-Darling test for normality. 2011. Disponível em: Acesso em: 30 set 2018.
FARQAD AL-HADEETHI, MOH’D AL-NIMR, MOHMAMMAD AL-SAFADI. Using the multiple regression analysis with respect to ANOVA and 3D mapping to model the actual performance of PEM (proton exchange membrane) fuel cell at various operating conditions. Energy. v 90, p. 475 -482, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.07.074
LAVIOLA, Maximiller. Avaliação energética e exergética em células combustíveis de membrana trocadora de prótons em regime permanente para diferentes variáveis de processo. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal Fluminense, 2017.
LEO, T. J.; DURANGO, J. A.; NAVARRO, E. Exergy analysis of PEM fuel cells for marine applications. Energy, v. 35, n. 2, p. 1164-1171, 2010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2009.06.010
LOPES, F. C., WATANABE, E. H., ROLIM, L. G. B., FURTADO, J. G. M., "Modelo Alternativo de um Empilhamento de Células a Combustível do tipo PEM Baseado em Rede Neural Recorrente para Aplicações de Controle em Tempo Real". In: Anais do XXII Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica —XXII SNPTEE, Brasília-DF, Brasil, outubro 2013.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2024 Cadernos UniFOA
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
CESSIONÁRIA
FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA - FOA, mantenedora do CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA - UniFOA,
entidade fundacional com personalidade jurídica sem fins lucrativos de direito privado, inscrita no CNPJ sob nº 32.504.995/0001-14, com sede na Avenida Dauro Peixoto Aragão, nº 1325, bairro Três Poços, Volta Redonda – RJ, doravante denominada FOA/UniFOA.
CLÁUSULA PRIMEIRA: O CEDENTE cede e transfere gratuitamente sem direito a remuneração, reembolso ou compensação de qualquer natureza, em caráter irrevogável e irretratável à FOA/UniFOA, todos os direitos autorais (morais e patrimoniais) relativo à obra acima intitulada, tudo em conformidade com a Lei nº 9.610/98.
PARÁGRAFO PRIMEIRO: O CEDENTE desde já, declara que a obra cedida é de sua exclusiva autoria, assumindo total responsabilidade civil e penal, quanto ao conteúdo, citações e referências que fazem parte de seu conteúdo, bem como, por eventuais questionamentos judiciais ou extrajudiciais em decorrência de sua divulgação, devendo concordar inequivocamente com a exclusão da FOA/UniFOA do polo passivo de quaisquer demandas.
PARÁGRAFO SEGUNDO: O CEDENTE assume inteira responsabilidade pelos dados pessoais tratados em função da obra acima intitulada, declarando ainda que observou sempre que possível, os critérios de anonimização ou pseudonimização dos dados para publicação final pela FOA/UniFOA, de acordo com artigo 7º, IV da Lei nº 13.709/2018.
PARÁGRAFO TERCEIRO: Na hipótese de existirem na obra acima intitulada dados pessoais identificados ou identificáveis, que não passaram por processo de anonimização, o CEDENTE declara que informou e disponibilizou aos titulares/terceiros, mecanismos de exercício dos direitos previstos na Lei nº 13.709/18.
PARÁGRAFO QUARTO: Os dados pessoais identificados ou identificáveis presentes na obra acima intitulada, ficarão disponíveis após publicação pela FOA/UniFOA, nos termos do art. 16, II da Lei nº 13.709/2018.
CLÁUSULA SEGUNDA: A FOA/UniFOA fica autorizada a utilizar, reproduzir, distribuir, divulgar, disponibilizar, publicar e licenciar a obra, sob qualquer forma e por quaisquer meios admitidos em lei, inclusive em ambiente digital, observadas as políticas editoriais da instituição e as licenças de uso adotadas para a publicação.
PARÁGRAFO ÚNICO: A utilização, reprodução, divulgação, publicação, compartilhamento, licenciamento ou qualquer outra forma de exploração autorizada da obra pela FOA/UniFOA não gerará ao CEDENTE qualquer direito à remuneração, reembolso, indenização, compensação financeira, participação em receitas ou vantagem econômica de qualquer natureza, permanecendo a presente cessão e autorização em caráter integralmente gratuito.
CLÁUSULA TERCEIRA: A FOA/UniFOA fica autorizada a promover o registro da obra na forma prevista no artigo 19 da Lei nº 9.610/1998, podendo averbar a presente autorização/cessão à margem do registro a que se refere o artigo 19 da Lei nº 9.610/1998, ou não estando a obra registrada, poderá a presente cessão ser registrada em Cartório de Títulos e Documentos, em havendo necessidade.
CLÁUSULA QUARTA: O presente instrumento é firmado por prazo indeterminado.
CLÁUSULA QUINTA: O CEDENTE outorga à FOA/UniFOA, a mais plena, geral, rasa, irretratável, irrestrita e inequívoca quitação pela presente cessão e transferência dos direitos autorais da obra intitulada acima, renunciando a todo e qualquer direito porventura existente, obrigando-se em todos os seus termos e condições, por si, seus herdeiros e sucessores.
CLÁUSULA SEXTA: O CEDENTE desde já está ciente e de acordo que:
- A obra não poderá ser comercializada e sua contribuição não gerará ônus para a FOA/UniFOA;
- A obra será disponibilizada em formato digital no sítio eletrônico do UniFOA para pesquisas e downloads de forma gratuita;
- A obra não será impressa, salvo em casos específicos cabendo à Editora FOA a definição;
- Todo o conteúdo é de total responsabilidade dos autores na sua forma e originalidade;
- Todas as imagens utilizadas (fotos, ilustrações, vetores e etc.) devem possuir autorização para uso;
- Que a obra não se encontra sob a análise em qualquer outro veículo de comunicação científica, caso contrário o CEDENTE deverá justificar a submissão à Editora FOA, que analisará o pedido, podendo ser autorizado ou não.
CLÁUSULA SÉTIMA: A obra objeto da presente cessão poderá ser disponibilizada pela FOA/UniFOA sob a licença Creative Commons Atribuição-NãoComercial (CC BY-NC), identificada na imagem abaixo - ou outra licença que venha a ser definida pela FOA/UniFOA, observados os critérios editoriais, institucionais, científicos e os requisitos estabelecidos por bases indexadoras, repositórios acadêmicos, organismos de fomento, sistemas de divulgação científica ou demais normas aplicáveis à publicação da obra.
PARÁGRAFO ÚNICO: O CEDENTE declara estar ciente e concordar que a escolha, alteração ou atualização da licença de publicação da obra constitui prerrogativa exclusiva da FOA/UniFOA, desde que observadas as finalidades acadêmicas, científicas e institucionais da publicação.
CLÁUSULA OITAVA: O CEDENTE está ciente e de acordo que tem por obrigação solicitar a autorização expressa dos coautores da obra/artigo, bem como dos professores orientadores antes da submissão do mesmo, se obrigando inclusive a mencioná-los no corpo da obra, sob pena de responder exclusivamente pelos danos causados.
