ROQUE MACHADO DE SENNA

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    Artigo IPEN-doc 22701
    Mathematical modeling of a 500 We power module composed by a PEM fuel cell combined with a DC-DC enhanced potential output converter
    2012 - SENNA, ROQUE M. de; LINARDI, MARCELO; CASSIANO, DOUGLAS A.; SANTOS, IVAN; MOTA, HENRIQUE de S.; JERONIMO, ROSIMEIRE A.
    This work presents the development of a mathematical modeling of a 500 We PEMFC fuel cell stack (MCC500) system combined with a dc-dc enhanced potential output converter. The MCC500 was developed at IPEN (Nuclear and Energy Research Institute) and the company Electrocell, using only Brazilian technology. Mathematical developments and modeling have been performed, relying on experimental data collected at IPEN laboratory. The first step was to prepare an electrical system (pre-design) for the proposed model, which included the MCC500 parameters, like: membrane ohmic resistance, activation resistance, electric double layer capacitance, open circuit potential, as well as DC-DC converter parameters, like: inductor and transistor switching frequency. Using the obtained parameters and a linear differential equation system with some mathematical manipulations, an electrical system model was determined. Simulations experiments demonstrated that the system was very stable. This toll contribution showed to be very important to generate useful potential for practical purposes, increasing the overall system electrical efficiency.
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    Tese IPEN-doc 18173
    Desenvolvimento e demonstração de funcionamento de um sistema híbrido de geração de energia elétrica, com tecnologia nacional, composto por módulo de células a combustível tipo PEMFC e acumulador chumbo ácido
    2012 - SENNA, ROQUE M. de
    Este trabalho apresenta a contribuição obtida no desenvolvimento de um Gerador de Eletricidade Híbrido (HYBRIDGEN), com tecnologia nacional, focado nos sistemas de terceira geração de energia elétrica híbrido, composto por um módulo de células a combustível tipo PEMFC, associado a um acumulador chumbo ácido. Mostra-se também a sua capacidade de operar em modo contínuo, carga com demanda variável e fator de carga inferior a 50%. Foram abordados quatro temas principais. O primeiro refere-se a um estudo para a melhoria da eficácia na conversão de energia em corrente contínua (cc), ao regular o potencial de saída do conversor cc-cc. A energia é proveniente do módulo de célula a combustível de 1 kWe, equipado com sistema térmico de refrigeração e sistema de alimentação de gases, aqui denominados MCC1. Para tal, foi construído o modelo matemático do sistema conversor de corrente contínua (sistema conversor cc-cc), com solução suportada em equações diferenciais algébricas, ensaios no MCC1, bem como em simulação computacional no programa MATLAB7®. O segundo tema refere-se ao desenvolvimento do projeto e montagem do protótipo do HYBRIDGEN devido à inexistência no mercado brasileiro de um equipamento com as características necessárias tanto para a pesquisa, quanto para uso comercial. Desenvolveu-se uma placa controladora para o acumulador (PCC), os esquemas elétricos, os barramentos e o sistema de relés. Também foi utilizado o MCC1 em desenvolvimento pelo IPEN e ELECTROCELL® com tecnologia 100% nacional. O HYBRIDGEN foi instalado em um sistema móvel. O terceiro tema refere-se à análise de estabilidade do modelo matemático do sistema conversor cc-cc. Utilizou-se de quatro testes de estabilidade, sendo: 1 - pela Resposta em Frequência ao utilizar o Teorema do Mapeamento, de Nyquist; 2 - Lugar das Raízes, de Nyquist; 3 - função de teste Degrau, em pontos de operação e, 4 - função de teste Impulso, em pontos de operação. Por fim, apresentaram-se os resultados dos ensaios de potencial e corrente de uma célula a combustível unitária de 25 cm2, do MCC1, e do HYBRIDGEN. No desenvolvimento dos primeiros testes o MCC1 atingiu 704,55 We, (potência considerada condição predominante de operação). A seguir, demonstrou-se a capacidade do HYBRIDGEN para simultaneamente: alimentar cargas em corrente contínua; carregar o acumulador de 45 Ah; alimentar o inversor de 2 kWe e o autotransformador, para fornecer energia a equipamentos em 12Vcc, 127 Vac e 220Vac, 60 Hz, todos num total de 819,52 We. Esses resultados foram obtidos mesmo com limitações na refrigeração ventilada do MCC1, observadas no decorrer dos testes. Assim, o HYBRIDGEN se mostrou viável tecnicamente, e com grande potencial de uso.