Experimento da Tensão x Tempo

Como visto, a realização dos dois experimentos teve a finalidade de averiguar qual seria o comportamento da tensão no processo de geração dos gases e . Nesses experimentos, quando comparados os resultados, foi possível verificar que a célula apresenta uniformidade na sua função eletrolisador.

Nas figuras 50, 51 e 52, é possível afirmar que os valores obtidos pelo experimento são semelhantes, e que houve pouca variação entre os mesmos. Essa pequena variação deu-se devido a utilização da mesma fonte para ambos os experimentos. Como foram utilizadas duas baterias de , é natural que no primeiro experimento a tensão seja maior que a do segundo experimento, haja vista a queda de amperagem da bateria em função do uso no primeiro experimento.

4.1.2. Experimento da Corrente x Tempo

Mesmo com as condições de medição e coleta de valores do experimento da corrente em função do tempo, foi possível verificar a estabilidade de operação da

CaC. Para esse experimento, a coleta dos valores da corrente ocorreu manualmente. Isso foi possível devido a filmagem do visor do multímetro no momento da realização do experimento. Após o término deste, a filmagem foi revista segundo por segundo e os dados foram anotados em tabela.

A partir desses dados, conclui-se aqui, que a semelhança dos resultados obtidos nos experimentos da corrente em função do tempo, mais uma vez comprovam a estabilidade da célula nos parâmetros fornecidos pela mesma. As pequenas diferenças apresentadas nesses experimentos são desprezíveis, visto que podem ser variações dos dispositivos de medição, variações das condições em que os experimentos foram realizados ou ainda pequenos erros no processo de coleta de dados.

4.1.3. Experimento da Potência fornecida para produzir H2 e O2

Sabendo então que a célula apresenta estabilidade em seus parâmetros, foi então realizado o experimento para cálculo da potência fornecida para produção de gás e . Como foi visto nesse experimento houve a integração entre os dois experimentos anteriores (Tensão x Tempo e Corrente x Tempo).

Nesse experimento, poucas dificuldades foram encontradas, entretanto, notou-se uma redução considerável na taxa de produção de gás caindo de para .

É suposto que alguma interferência por parte dos circuitos do multímetro possa ter ocorrido, resultando assim nessa variação. Entretanto, por não se tratar do foco do trabalho, optou-se em não procurar quais os reais motivos desse processo, visto que não prejudicou no restante dos cálculos.

Enfatiza-se que é uma suposição, visto que foram realizados outros experimentos sem o multímetro e que não apresentaram esse efeito. Entretanto, esses experimentos não foram relatados nesse trabalho.

Em termos de rendimento, foi calculado como sendo .

outros fatores, é afetado pela composição do material do eletrodo, ou no caso, da malha da célula ensaiada, que infelizmente não se tem conhecimento do que se trata.

Outro provável fator que pode ter influenciado na queda do rendimento do eletrolisador, foi o calor gerado durante o experimento. Não foi possível medir essa energia, visto as condições e instrumentação utilizada no experimento.

4.1.4. Experimento da CaC

Neste experimento, encontraram-se as particularidades da CaC ensaiada. De acordo com o fornecedor da célula, os parâmetros máximos do dispositivo sob condições ideais são os relacionados na seção 3.1.1. Os dados da tabela 20 apresentam valores que se aproximam dos especificados pelo fabricante.

Tratando mais especificamente do fato ocorrido na realização desse experimento, foi procurado entender os reais motivos que ocasionaram esse efeito. Devido a ser um fator inesperado, o primeiro passo a procura desses motivos, deu-se na observação do comportamento da tensão, corrente e potência, cada qual expressa na figura 67.

Nesse gráfico, é possível perceber a queda de ambas as grandezas medidas. Isso se deu devido a corrente, e a potência serem grandezas que estão em função da tensão. Ou seja, a corrente, e a potência foram calculadas utilizando os valores das tensões coletadas pela placa de aquisição e utilizando-se de um resistor de , montado ao circuito, [figura 63] foram encontrados esses valores. Em resumo, esses valores de corrente e potência são dependentes da tensão coletada.

Obviamente que isso não explica o motivo pelo qual o experimento de rendimento foi interrompido depois de . Entretanto, esclarece que o problema ocorrido está diretamente ligado à CaC, e não com a coleta de dados.

Sendo assim, hipoteticamente falando, é possível que tenha ocorrido perdas na célula por motivos que são descritos a seguir. Essas perdas são grandezas já

estudadas e conhecidas, mas que neste documento serão somente comentadas pra fins de discussão.

4.1.4.1. Tensão reversível

A tensão reversível de uma CaC corresponde a tensão que essa pode fornecer sob determinada condição de trabalho, ou seja, sob determinada temperatura, pressão ou concentração dos gases. Em síntese, caso um desses fatores não estiver próximo das condições ideais, ocorre a queda de tensão oferecida pela célula.

Com isso, e analisando os valores da tensão da célula no decorrer do tempo (valores mostrados na tabela 24), nota-se que até o tempo de a tensão apresentou uma pequena queda, e após isso, houve uma queda acentuada. Em análise, pode-se dizer que até esse período a célula trabalhou sob condições ideais, e que após, algum fator externo acabou afetando esse trabalho.

Levanta-se a hipótese de que como a célula estudada não apresenta escapamento para o vapor de água, esse vapor acumula-se dentro dos canais de fluxo no cátodo (lado positivo, onde o é bombeado) ao ponto de equilibrar a pressão entre a câmara da célula e reservatório, impedindo assim o fluxo de gás dentre o catalisador a membrana. Salienta-se ainda, que ambos os gases estão sob baixa pressão, sendo que não necessita muito para que a pressão seja equilibrada pelo vapor de água.

4.1.4.2. Perdas por ativação

As perdas por ativação são ocasionadas em decorrência da energia desperdiçada para romper as barreiras de ativação da reação química. Quanto menor a densidade da corrente, maiores são as perdas por ativação.

Sabe-se que o processo de eletrólise de água, consiste na passagem de determinada corrente entre eletrodos e o meio, que no caso é a água. No processo reverso à eletrólise, também há a necessidade de romper as barreiras da reação química, para que dos gases, seja formado a água.

Dessa forma, outra hipótese surge. Como se trata de uma célula para fins demonstrativos, a densidade da corrente é muito pequena, levando a entender que depois de determinado tempo de trabalho, quando ocorre a queda de tensão, a corrente se torna tão pequena que não é mais capaz de formar água, por não conseguir vencer as barreiras da reação química.

4.1.4.3. Perdas ôhmicas

As perdas ôhmicas são aquelas que ocorrem devido a resistência a passagem dos íons através da membrana, ou ainda pela resistência oferecida pelos eletrodos para a passagem de elétrons. Idealmente, o eletrólito deveria permitir a passagem de íons , no entanto, algumas particularidades como até mesmo a umidade da membrana pode influenciar nessa transição.

Dessa forma, também tem-se essa possibilidade de ocorrência. Como foi utilizado a CaC tanto para o processo de produção de energia como para o processo de eletrólise, que consiste em adicionar água no lado em que o gás é bombeado, a membrana fica umedecida, podendo prejudicar o funcionamento do processo reverso à eletrólise.

Com isso, afetaria a densidade de corrente e a própria tensão oferecida pela célula.

4.1.4.4. Perdas por concentração

As perdas por concentração ocorrem devido a mudança de concentração dos reagentes na superfície dos eletrodos. Essa redução de concentração é resultado do transporte insuficiente de reagentes para os eletrodos. Com isso, essas perdas são chamadas também de perdas por transporte de massa.

Esse efeito pode estar ocorrendo devido a baixa pressão com que os gases estão submetidos.

4.1.4.5. Correntes internas

Como dito na seção 4.1.4.3, todo o material apresenta resistência a passagem elétrica. Da mesma forma, a membrana de uma CaC não possui um comportamento ideal, onde se tem uma única e determinada resistência. Outra não idealidade cita-se a passagem de combustível, oxidante e elétrons (que não produzem trabalho) pela membrana. Essas não idealidades são conhecidas como correntes internas.

Dessa forma, trazendo essa característica para o experimento apresentado, também pode estar afetando nos resultados coletados. Isso, hipoteticamente relatando.