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Módulo do Sistema de 
Células a Combustível a 
Hidrogênio 
 
ATIVIDADES DE LABORATÓRIO 
Introdução. 
 
As atividades de laboratório a seguir visam explorar a tecnologia de células a 
combustível a hidrogênio, eletrolisadores de tecnologia PEM e cilindros de 
hidretos metálicos para armazenamento de hidrogênio. 
Os módulos (stacks) de células a combustível da Estação de Estudos em 
Energias Renováveis e Hidrogênio operam com gás hidrogênio, armazenado 
em cilindros, e com gás oxigênio retirado do ar. A partir de reações 
eletroquímicas, é produzida corrente elétrica, tendo como resíduo final a água. 
Sistema de Células a Combustível 
 
O sistema de células a combustível do painel de treinamento é composto por dois 
módulos (stacks) de 20 watts, os quais podem utilizar um controlador que 
monitora e controla a corrente, tensão, processo de purga e temperatura de 
operação. A potência de saída dos módulos de células a combustível passam por 
um circuito de controle e monitoramento composto por fusível, amperímetro e 
chave interruptora. Posteriormente, as células podem ser conectadas ao 
conversor CC-CC que regula a tensão desregulada da célula a combustível para 
12Vcc. A partir do conversor, lâmpadas de LEDs que operam em 12 volts podem 
ser conectadas, bem como um motor elétrico que opera em corrente contínua. 
Para plotar gráficos das curvas características de cada stack, utiliza-se um 
reostato (resistor variável de alta potência). 
 
Os módulos de células a combustível podem operar individualmente, em série ou 
paralelo. Também podem operar com e sem controle de operação para a 
realização de testes de desempenho, cujo objetivo é demonstrar a necessidade 
de se controlar a stack para que ela opere com o melhor desempenho possível. 
Para fornecer hidrogênio às células a combustível são utilizados cilindros de 
hidretos metálicos (Hydrostiks), os quais armazenam o gás hidrogênio e que é 
produzido a partir do eletrolisador Hydrofill. Cada cilindro de hidrogênio utiliza 
um mini regulador de pressão para regular a pressão de saída para a faixa de 
pressão de operação das células a combustível. 
 
Lista de Componentes do Sistema de Células a Combustível. 
a) 2 módulos (stacks) de células a combustível 
b) 6 cilindros de hidretos metálicos 
c) 4 reguladores de pressão 
d) 4 estranguladores (válvulas manuais) 
e) 1 eletrolisador PEM com conversor CA/CC 
f) 1 conjunto de pacotes contendo pó de ácido acético 
g) 1 conjunto de mangueira de silicone 
h) 2 válvulas de purga 
i) 2 conectores em Y 
j) 2 controladores para módulos de células a combustível 
k) 1 conversor CC/CC 
l) 2 Lâmpadas de LEDs 12Vcc 
m) 1 reostato 
n) 1 motor elétrico 
o) 1 amperímetro analógico 
p) 1 fusível 
q) 1 chave interruptora 
r) 2 blocos de terminais (#1 e #2) 
s) 4 pinos cônicos 
t) Condutores vermelho e preto com terminais modelo anel, garfo e banana 
Descrição breve de cada componente e função. 
Módulo (stack) de Células a Combustível: composto por 13 células a 
combustível unitárias que compõem um arranjo 
empilhado em série,converte os gases hidrogênio e 
oxigênio em eletricidade, tendo como resíduo final 
a água. Tem integrado um ventilador para controle 
de água residual, temperatura e para forçar o ar 
(oxigênio) a reagirem com os catalisadores de 
cada célula unitária. Potência: 20 watts. 
 
Cilindro de hidretos metálicos Hydrostik: 
utilizados para armazenar o gás hidrogênio 
produzido pelo eletrolisador Hydrofill. 
Posteriormente, podem ser utilizados para 
fornecer hidrogênio para os módulos de 
células a combustível a partir do uso de 
reguladores de pressão, dentre outros 
componentes. Pressão interna média de 8 
Bars. 
 
Regulador de pressão: utilizado para reduzir a pressão 
de saída do gás hidrogênio para a pressão de operação dos 
módulos de células a combustível. Reduz a pressão do gás 
de 15 Bars (quando cheio) para 0,45-0,55 Bars. 
 
Estrangulador (válvula manual): utilizado para liberar ou impedir a passagem 
de gás hidrogênio para os módulos de células a 
combustível; utilizado para impedir a passagem de gás 
hidrogênio para o outro regulador de pressão durante a 
montagem das conexões, de modo a evitar vazamento 
pelo outro regulador. 
 
 
Conjunto de mangueiras de silicone: utilizados para o 
transporte de gases entre os cilindros de armazenamento 
de hidrogênio e os módulos (stacks) de células a 
combustível, bem como entre a saída dos módulos de 
células a combustível e as válvulas de purga. 
 
 
 
Conectores modelo em Y: utilizados para obter o 
gás hidrogênio a partir de dois cilindros de hidrogênio 
e direcionar o gás para a entrada do módulo (stack) 
de células a combustível. 
 
 
 
Válvula de purga: utilizada para retirar a água 
acumulada no ânodo das células unitárias da stack de 
células a combustível, bem como movimentar o gás 
hidrogênio e forçá-lo a reagir com os catalisadores, 
melhorando o desempenho da célula a combustível. 
 
 
Controlador do módulo de células a combustível: utilizado para controlar o 
processo de purga a partir da válvula de 
purga automática, bem como da ativação 
catalítica pela técnica de curto-circuito. 
 
 
 
 
Eletrolisador Hydrofill: eletrolisador de tecnologia de membrana de troca de 
prótons, utilizado para produzir e armazenar o gás hidrogênio em cilindros de 
hidretos metálicos, os Hydrostiks. Inclui conversor CA/CC que converte a tensão 
da rede de energia de corrente alternada 110Vca/220Vca para tensão em 
corrente contínua com valores adequados ao processo de eletrólise do 
equipamento. 
 
 
Ácido Málico: utilizado na manutenção do eletrolisador PEM, neutraliza os íons 
que possam estar presentes na água. 
Conversor CC/CC: utilizado para regular a tensão 
de saída de dois módulos de células a combustível 
conectados em série para atender cargas em 
corrente contínua que funcionam com tensão de 12 
volts. 
 
Lâmpadas de LEDs12 Vcc: lâmpadas de LEDs de alta potência e eficiência 
luminosa, utilizadas para atuarem como cargas CC para dois 
módulos (stacks) de células a combustível. 
 
 
 
 
Reostato: dispositivo com resistência variável utilizado 
para desenhar a curva característica (curvas de 
polarização) dos módulos de células a combustível em 
série, paralelo e individualmente. 
 
 
Motor elétrico: utilizado como carga indutiva para os 
módulos de células a combustível. 
 
 
 
Amperímetro analógico: dispositivo para medição 
da corrente elétrica que passa pelo circuito de 
controle e monitoramento dos módulos de células a 
combustível. 
 
 
 
Fusível: utilizado para limitar a corrente máxima permitida no 
circuito de controle e monitoramento dos módulos de células a 
combustível. 
Chave Interruptora: utilizado para permitir ou não a 
passagem de corrente produzida pelo(s) módulo(s) de células 
a combustível. 
 
 
Blocos de terminais: utilizado para realizar ligações elétricas em série e 
paralelo entre os módulos de células a combustível; para conectar aos 
dispositivos de controle e monitoramento; para conectar as cargas (conversor 
CC/CC, lâmpadas CC, reostato, motor elétrico, inversor). 
Pinos cônicos: utilizados para tampar a saída de hidrogênio dos módulos de 
células a combustível quando estas não operarem com válvula de purga. 
Condutores vermelho e preto: utilizados para realizar ligações elétricas entre 
os componentes do sistema de células a combustível a hidrogênio. 
 
 
Principais Características da Stack 
de Células a Combustível 
 
As stacks de células a combustívelda Estação de Estudos em Energias 
Renováveis e Hidrogênio podem desenvolver potência de até 20 
watts. Para que desenvolva esta potência, alguns dispositivos de 
controle são necessários, como o processo de purga acionado pela 
válvula de purga e o ventilador para manter a célula a combustível 
em uma temperatura adequada e não deixar acumular água no 
cátodo, local de entrada do gás oxigênio proveniente do ar. 
 
Cada stack é constituída por 13 células unitárias que, conectadas em 
série, aumentam a tensão de saída. Como a tensão de saída da célula 
a combustível varia conforme a corrente, utilizamos um regulador de 
tensão no painel de treinamento e que será utilizado ao longo das 
atividades em laboratório. 
 
As principais características de cada módulo (stack) estão 
descritas a seguir: 
 
 
Operação do Eletrolisador e dos 
Cilindros de Hidretos Metálicos 
 
A Estação de Estudos em Energias Renováveis e Hidrogênio utiliza no painel 
do circuito de células a combustível um eletrolisador portátil desenvolvido pela 
Horizon Fuel Cell Technologies, de tecnologia PEM, chamado Hydrofill. O eletrolisador 
serve para produzir automaticamente o gás hidrogênio e armazená-lo em cilindros 
de hidretos metálicos específicos, chamados de Hydrostik. 
 
Por não utilizar compressor para injetar o hidrogênio dentro do Hydrostik, o Hydrofill 
tem menor perda de energia e é silencioso. O Hydrofill foi desenvolvido e pensado no 
futuro, onde eletrolisadores ou geradores de hidrogênio a partir de biocombustíveis 
poderão fornecer o gás para inúmeras aplicações 
residenciais e comerciais, tais como: bicicletas 
elétricas, automóveis e geradores de energia de 
maior porte. 
 
Para que as células a combustível possam 
funcionar, elas devem ser alimentadas pelo 
hidrogênio armazenado nos cilindros de hidretos 
metálicos, os quais são seguros e práticos de 
armazenar o gás hidrogênio. Antes de realizar as 
atividades com os módulos (stacks) de células a 
combustível, você deve carregar os cilindros de 
hidrogênio. Para cada módulo de células a 
combustível, aconselhamos o uso de dois 
cilindros. Caso você realize experiências com ligações em série ou paralelo dos 
módulos de células a combustível, você precisará de 4 cilindros de hidrogênio 
carregados (dois para cada módulo). 
 
Cada cilindro leva entre 3 e 4 horas para ser recarregado completamente. Portanto, 
planeje bem o processo de recarga dos cilindros para que estejam carregados 
quando for realizar as experiências com as células a combustível. 
 
A Estação de Estudos em Energias Renováveis e Hidrogênio disponibiliza 6 
cilindros de hidretos metálicos, de modo que se tenha 4 a 5 cilindros extras ao se 
realizar experiências com um único módulo de células a combustível e 2 a 4 cilindros 
extras ao se realizar experiências com dois módulos de células a combustível (em 
série ou paralelo). 
 
Para realizar adequadamente o processo de recarga dos cilindros Hydrostiks no 
eletrolisador Hydrofill, compreenda as instruções a seguir: 
 
Atenção: 
 Não altere, desmonte ou fure o eletrolisador Hydrofill. 
 Mantenha o Hydrofill longe do fogo, chama ou fonte de calor. 
 Mantenha o cilindro de armazenamento de hidrogênio, Hydrostik, longe de 
fogo, chama ou fonte de calor. 
 Mantenha o Hydrofill longe de crianças. 
 Mantenha o Hydrofill na posição vertical. 
 Preencha o tanque para armazenamento de água com água deionizada ou 
destilada. Não transborde o tanque. 
 Mantenha o Hydrofill em local ventilado. Na Estação de Estudos em 
Energias Renováveis e Hidrogênio existe uma prateleira para apoiá-lo. 
 Remova o Hydrostik imediatamente após a recarga. 
 Não consuma pó de ácido málico e o mantenha longe de crianças. 
 Mantenha todas as ligações elétricas em ambiente seco. 
 
Visualização Geral do Sistema 
 
O eletrolisador Hydrofill foi projetado para recarregar automaticamente os 
cilindros de hidretos metálicos Hydrostik. O eletrolisador, que utiliza a tecnologia 
PEM de membrana de troca de prótons, separa o hidrogênio e o oxigênio, átomos 
constituintes da molécula de água, em moléculas de gás hidrogênio e oxigênio. O 
Hydrofill armazena o hidrogênio de maneira segura e no estado sólido a partir do 
uso de ligas metálicas que compõem o conteúdo interno do cilindro Hydrostik. 
 
Lista de Componentes 
 Unidade do Hydrofill 
 Conversor CA/CC (AC/DC) 
 Invólucro do cilindro Hydrostik 
 
Principais Características 
 Suprimento silencioso, seguro e prático de hidrogênio. 
 Projetado para carregar os cilindros de hidretos metálicos Hydrostik. 
 Sistema de recarga automática. 
 Pureza do gás hidrogênio em 99,99%. 
 Possibilidade de utilizar sistema fotovoltaico como fonte de energia. 
 
 
Especificações Técnicas: 
 
Eletrolisador 1 unidade incluída 
Tecnologia 
Célula eletrolítica de Membrana 
Polimérica de Troca de Protons 
Água Água deionizada ou destilada 
Dimensões (L x C x A) 145x153x208mm (5,7x6x8,2in) 
Potência Nominal ≤23W 
Consumo de Água Approx. 20ml/hr (1,2in /hr) 
Temperatura da Água 20-65°C 
Pressão de saída do H2 0-478,62 psi 
Peso 1,8Kg ±5% (3,97Lbs±5%) 
Capacidade de 
Produção 0,3 litros/hora 
Pureza 99,99% (projetado para o Hydrostik) 
Saída mecânica Projetado para o Hydrostik 
Tempo de recarga do 
Hydrostik 
Max. 6 horas (depende da temperatura 
ambiente 
 
Indicador Luminoso de Estado de Operação 
 
Eletrolisador 
Verde Vermelho Estado do Sistema 
Ligado 
Aceso 1 segundo, apagado 1 
segundo. 
 
Esperando para carregar o Hydrostik 
 Ligado 
Hydrostik está sendo carregado 
 
Aceso 1 segundo, desligado 1 
segundo. 
Adicione água ou esvazie o tanque de 
exaustão de água 
Verde 1 segundo, vermelho 1 segundo. 
Veja resolução de problemas n°8 
 
Instruções Operacionais 
 
1) Encha o tanque à direita do Hydrofill com água destilada ou deionizada, 
respeitando o nível máximo. 
2) Conecte o conversor CA/CC ao eletrolisador e à fonte de energia CA. Uma vez 
que esteja conectado à fonte de energia, o LED verde localizado na parte 
frontal do Hydrofill deve começar a piscar. 
3) Insira o cilindro de hidretos metálicos Hydrostik no orifício central do 
eletrolisador. Utilize uma das mãos para segurar o Hydrofill e a outra mão 
para inserir o Hydrostik girando este no sentido horário dentro do orifício de 
fixação. Uma vez que esteja conectado, empurre a tampa transparente e gire 
no sentido horário para fixá-la. 
4) Após fixar o Hydrostik e a tampa, o indicador de LED mudará da cor verde 
para a cor vermelha. O cilindro de armazenamento de hidrogênio está sendo 
carregado. Quando o indicador de LED retornar à cor verde, o cilindro estará 
carregado. Desconecte a tampa do Hydrostik e gire no sentido anti-horário o 
cilindro para retirá-lo. 
5) Uma vez que o procedimento foi completado, desligue o Hydrofill da fonte de 
energia CA. Se mais cilindros forem recarregados, repita os passos 3 a 5. 
 
Informações Importantes de Manutenção 
 
As informações a seguir são muito importantes e devem ser seguidas rigorosamente 
para que o eletrolisador opere adequadamente. 
 
 Utilize água destilada ou deionizada. Não utilize água da torneira ou água 
mineral, pois além de reduzir a eficiência do eletrolisador, contaminará os 
catalisadores. 
 Despeje o conteúdo de um pacote de ácido málico (2 colheres de chá) no 
tanque de água e misture antes de usar o eletrolisador. 
 Quando o tanque de exaustão de água estiver cheio, esvazie e jogue fora a 
água. Encha o tanque à direita com água destilada ou deionizada. Toda vez 
quefor trocar a água, despeje um pacote de ácido málico em pó. 
 Se a luz de LED piscar alternadamente em vermelho, 1 segundo aceso e 3 
segundos apagado, despeje todo o conteúdo do pacote (4g) no tanque de 
água e misture a solução. Não retire o Hydrostik do eletrolisador. Permita que 
o eletrolisador funcione com o Hydrostik acoplado durante 1 hora, pelo 
menos, para que a recarga continue. Esta ação não mudará o modo de 
funcionamento do Hydrofill nem o tempo de carga. O conteúdo do pacote 
ajudará a manter o desempenho do Hydrofill. 
 O Hydrofill pode continuar funcionando e produzindo hidrogênio mesmo que o 
LED pisque alternadamente em vermelho por 1 segundo aceso e por 3 
segundos apagado, mas a eficiência do processo de eletrólise é menor. 
 Após utilizar o ácido málico, pode ser que encontre partículas escuras, em cor 
preta, no tanque de armazenamento de água. Limpe com lenço, papel 
higiênico ou guardanapo. 
 
Resolução de Problemas 
 
1) O LED não fica aceso na cor verde após a fonte de energia (conversor 
CA/CC) ser conectado ao eletrolisador. 
SOLUÇÃO: verifique a conexão entre o conversor 
CA/CC e a fonte de energia. 
2) O LED não acende na cor vermelha após o Hydrostik 
ser conectado ao Hydrofill. 
SOLUÇÃO (a): Desconecte o Hydrostik e o conecte 
novamente, lentamente. Observe se o rosqueamento está 
ocorrendo de forma suave e se o Hydrostik está apertado, 
caso contrário, houve desalinhamento. 
SOLUÇÃO (b): Verifique se o nível de água está correto nos 
tanques de armazenamento (água destilada e água de 
exaustão). 
SOLUÇÃO (c): Remova e reconecte o conversor CA/CC. 
3) O cilindro ficou carregando por mais de 6 horas, mas o indicador 
luminoso ainda está vermelho. 
SOLUÇÃO (a): Desconecte o Hydrostik e o reconecte novamente, corretamente e 
bem apertado. 
SOLUÇÃO (b): Desconecte o Hydrostik e conecte à célula a combustível que você 
deseja fornecer hidrogênio ou a um regulador de pressão para confirmar se há 
hidrogênio dentro do cilindro. 
4) O LED pisca na cor vermelha alternando entre 1 segundo aceso e 3 
segundos apagado. 
SOLUÇÃO (a): sugere-se que se utilize água destilada ou deionizada com 
temperatura entre 40°C e 70°C. 
SOLUÇÃO (b): despeje o conteúdo de 1 pacote de ácido málico (4g). 
SOLUÇÃO (c): Misture a solução com ácido málico e permita que o 
eletrolisador opere. Carregue o cilindro de hidretos metálicos por mais de 1 
hora. O pó de ácido málico ajudará a melhorar o desempenho do eletrolisador. 
5) O LED pisca na cor vermelha alternando entre 1 segundo aceso e 1 
segundo apagado. 
SOLUÇÃO: verifique se o nível de água dos tanques está correto. Observe que 
existem eletrodos em ambos os tanques para identificar se o nível da água 
está baixo (tanque à direita) ou alto (tanque à esquerda, residual). Adicione 
ou retire a água conforme necessário em cada tanque. 
6) O LED pisca na cor verde alternando entre 1 segundo aceso e 1 segundo 
apagado. 
SOLUÇÃO (a): remova o conversor CA/CC e o reconecte novamente. 
SOLUÇÃO (b): entre em contato com o nosso suporte. 
7) O LED fica na cor verde (com o cilindro carregado por mais de 6 horas), 
mas não há hidrogênio armazenado no cilindro ou há muito pouco 
hidrogênio armazenado. 
SOLUÇÃO (a): verifique se o Hydrostik está conectado corretamente. 
SOLUÇÃO (b): verifique a temperatura da água (é sugerido que esteja entre 40°C 
e 70°C). 
SOLUÇÃO (c): se a eficiência na produção de hidrogênio estiver baixa, adicione 1 
pacote de ácido málico no tanque de água a ser eletrolisada e misture a solução. 
Permita que o eletrolisador opere por mais de uma hora. O pó de ácido málico 
ajudará a melhorar o desempenho do eletrolisador. Se o problema persistir, 
adicione o pó de ácido málico mais uma vez. 
*caso você tenha uma balança de precisão, uma forma de se verificar o volume 
de hidrogênio dentro do cilindro é pesá-lo antes e depois do processo de recarga. 
Uma diferença de peso de 0,9 gramas significa que o cilindro está carregado com 
mais de 10 litros de hidrogênio. 
 
 
O que você deve saber antes de iniciar as experiências com o 
eletrolisador da Estação de Estudos em Energias Renováveis e 
Hidrogênio. 
 
1) Como o hidrogênio é armazenado? 
O hidrogênio produzido pelo eletrolisador Hydrofill é armazenado em pequenos 
cilindros de hidretos metálicos, chamados de Hydrostik. Quando o eletrolisador 
está carregando o Hydrostik, o hidrogênio é injetado para dentro do cilindro e em 
alta pressão. O gás hidrogênio é adsorvido em toda a área de superfície 
disponível por uma liga metálica especial e que compõe o conteúdo do cilindro. 
Internamente, o cilindro é poroso para ter maior área de superfície para que o 
hidrogênio possa adsorver. Essa é a forma mais segura de se armazenar o gás 
hidrogênio, uma vez que não fica armazenado sob alta pressão, com boa parte do 
hidrogênio adsorvido na liga metálica. Quando conectado ao módulo (stack) de 
células a combustível a partir do regulador de pressão, a válvula interna do 
cilindro é aberta, o que reduz a pressão interna do cilindro e faz com que o 
hidrogênio se desprenda (seja dessorvido) da liga metálica. O processo de 
descarga é realizado lentamente e é influenciado pela troca de calor com 
ambiente. 
 
2) Qual é a pureza do hidrogênio produzido pelo eletrolisador? 
A pureza do hidrogênio produzido pelo eletrolisador é de 99,99% na temperatura 
ambiente. 
 
3) Qual é a pureza do hidrogênio liberado pelo cilindro de hidretos 
metálicos, Hydrostik? 
A pureza do hidrogênio liberada pelo cilindro de hidretos metálicos é de 99,999%. 
Esse aumento de pureza ocorre devido ao acúmulo de água dentro do cilindro, 
que é a impureza do hidrogênio produzido pelo eletrolisador de tecnologia PEM. 
Ao mesmo tempo que apresenta a vantagem de purificar o gás hidrogênio, a 
desvantagem é que a água oxida ao longo do tempo a liga metálica, reduzindo 
aos poucos a capacidade de carga e limitando a vida útil do cilindro. 
 
4) O que é ácido málico e o que ele contém? 
O pó utilizado para melhorar o desempenho do eletrolisador é o ácido málico, um 
ácido orgânico, pertencente ao grupo dos ácidos carboxílicos, encontrado 
naturalmente em frutas como a maçã e a pêra. Os íons que podem estar 
presentes na água afetam significativamente e contaminam os catalisadores do 
eletrolisador ao longo do tempo. Muitas soluções ácidas tem a habilidade de 
neutralizar os íons e ajudar a recuperar o desempenho do eletrolisador. 
O ácido málico é seguro e pode ser usado na manutenção do eletrolisador sem 
afetá-lo negativamente. O ácido málico consiste numa substância azeda e 
adstringente, muito empregada como acidulante, aromatizante e estabilizante na 
indústria alimentícia. Mesmo assim, não o consuma e o mantenha longe de 
crianças. 
 
Cilindros Para Armazenamento de Hidrogênio 
 
A Estação de Estudos em Energias Renováveis e Hidrogênio utiliza a solução 
de armazenamento de hidrogênio a partir do uso da tecnologia de hidretos 
metálicos. 
 
Os hidretos metálicos são utilizados há muitos anos, sendo a sua maior aplicação 
comercial as baterias recarregáveis de Níquel Metal Hidreto (NiMH) que são 
utilizadas em veículos elétricos e em computadores portáteis. Estas baterias utilizam 
o hidreto metálico para armazenamento de eletricidade e não para armazenamento 
de hidrogênio. 
 
A característica principal de um hidreto metálico é que a ligação entre o hidrogênio e 
o metal é reversível, processo esse que pode ser termodinamicamente controlado 
através das condições de temperatura e pressão. 
 
Os sistemas de armazenamento de hidrogênio em hidretos metálicos baseiam-se no 
princípio de que algumas ligasmetálicas adsorvem o hidrogênio gasoso, sob certas 
condições de pressão e temperatura, formando hidretos metálicos. Os hidretos 
metálicos são preparados em pequenas partículas da ordem do μm e são 
armazenados em recipientes para suportar as pressões e temperaturas a que 
funcionam. 
 
No processo de adsorção ocorre uma liberação de energia (processo exotérmico), 
energia liberada sob a forma de calor que é normalmente perdida. Por essa razão 
que durante o processo de recarga, o cilindro esquenta. No processo inverso de 
desorção (processo endotérmico), é necessário fornecer energia 
(sob a forma de calor) ao hidreto metálico, para a libertação do 
hidrogênio armazenado. Por exemplo, caso o hidreto opere em 
temperatura ambiente, observa-se que o cilindro fica gelado, pois o 
hidreto absorve o calor do ambiente ao redor. 
 
Uma das vantagens do armazenamento em hidretos metálicos 
consiste no fato de o hidrogênio integrar a estrutura da liga metálica 
(matriz metálica) não sendo necessárias altíssimas pressões ou 
baixíssimas temperaturas para armazená-lo. Esta característica 
torna os hidretos metálicos num dos métodos para armazenamento 
de hidrogênio mais seguro. 
 
No processo de adsorção, as moléculas do gás hidrogênio (H2) aderem à superfície 
metálica e separam-se em átomos de hidrogênio (H). Posteriormente, esses átomos 
de hidrogênio penetram no interior da matriz metálica, formando uma nova 
substância sólida denominada de “hidreto metálico”. Durante a formação do hidreto, 
a estrutura física dos átomos de metal (matriz metálica) altera-se, expandindo de 
forma a “acomodar” os átomos de hidrogênio. 
 
No processo de desorção, os átomos de hidrogênio (H) migram do interior para a 
superfície do hidreto metálico, onde se combinam em moléculas de hidrogênio (H2) e 
são libertados na forma gasosa. Durante esse processo, os átomos de metal 
contraem-se retornando à estrutura metálica cristalina original. 
 
Principais Características do Hydrostik 
 
 Utiliza ligas metálicas de alumínio para encapsulamento e 
ligas do tipo AB2 para adsorção de hidrogênio. 
 Após a sua ativação, a liga AB2 é capaz de adsorver 
hidrogênio, expandir e liberar calor até a sua 
saturação. 
 A pressão interna do cilindro fica em 
aproximadamente 8 bar na temperatura ambiente e o conteúdo de hidrogênio pesa 
0,9 gramas. 
 Uma vez que a válvula é aberta e a pressão é reduzida, o hidrogênio é liberado 
continuamente a partir da liga metálica, e esta absorverá calor do ambiente. 
 Se a taxa de absorção de calor diminuir, também diminuirá a taxa de liberação de 
hidrogênio. 
 Os materiais utilizados no encapsulamento da liga metálica tem excelente 
condutividade térmica durante o processo de adsorção e liberação do hidrogênio. 
 A pureza do hidrogênio a ser injetado no Hydrostik deve ser igual ou acima de 
99,99%. 
 Cada Hydrostik pode ser recarregado entre 80 e 100 vezes. 
 Cada Hydrostik armazena aproximadamente 10 litros de hidrogênio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ATIVIDADES LABORATORIAIS 
 
SISTEMA DE CÉLULAS A COMBUSTÍVEL 
 
 
 
 
ATIVIDADE LABORATORIAL 
Sistema de Células a Combustível 
 
 
Montagem do Sistema de Controle e Monitoramento do 
Circuito das Células a Combustível. 
 
Introdução 
Nessa atividade de laboratório, você montará o painel de controle do sistema de 
células a combustível. Utilizaremos nesse procedimento apenas uma stack de células 
a combustível. 
Objetivos: 
 Montagem do circuito básico de controle e monitoramento do sistema para 1 
módulo (stack) de células a combustível. 
Materiais: 
 
Identificação Descrição Quantidade Localização 
1 
Cilindro de armazenamento de hidrogênio em hidretos 
metálicos. 
2 
Painel. 
2 Regulador de pressão para hidrogênio. 2 Painel. 
3 Mangueira flexível de silicone. 5 Painel. 
4 
Válvula estranguladora para mangueira flexível de 
silicone. 
2 
Painel. 
5 Módulo de células a combustível H-20. 1 Painel. 
6 Amperímetro 6 A. 1 Painel. 
7 Fusível 1 Painel. 
8 Interruptor 1 Painel. 
9 Controlador do módulo de células a combustível 1 Painel. 
10 Condutores 12 AWG (4mm2) vermelho e preto variável Avulso. 
11 Conector em Y 1 Avulso. 
Procedimentos: 
 
1 
1) Primeiramente, conecte os condutores vermelho e preto do controlador da célula 
a combustível (com conectores em anel) ao bloco de terminais #1. Escolha dois 
terminais em aberto. 
2) A partir do terminal oposto ao condutor vermelho, no bloco #1, ligue um 
condutor 12 AWG (4mm2) ao terminal positivo do amperímetro (na parte traseira 
do painel), passando pelo orifício à direita do bloco. 
3) Ligue o terminal negativo do amperímetro a um dos terminais do interruptor 
Liga/Desliga. Utilize um condutor vermelho 12 AWG. 
4) Ligue o terminal em aberto do interruptor Liga/Desliga a um dos terminais do 
fusível. Utilize um condutor vermelho 12 AWG. 
5) Ligue o terminal em aberto do fusível a um terminal em aberto, do lado 
esquerdo, do bloco de terminais #1. 
6) Mantenha a chave do interruptor Liga/Desliga para baixo, isto é, aberto. 
7) Ligue os condutores vermelho (+) e preto (+) do controlador da célula a 
combustível aos terminais positivo (borne vermelho) e negativo (borne preto) da 
stack de células a combustível. 
8) Conecte o controlador da célula a combustível ao conector da válvula de purga. 
9) Ligue a saída de hidrogênio (lado esquerdo da célula a combustível) à válvula de 
purga por meio da mangueira de silicone. Conecte ao pino de entrada de cor 
prateado. O comprimento da mangueira deve ser menor que 20 cm. No caso do 
painel de treinamento, 8 cm. 
10) Conecte uma mangueira de silicone na saída da válvula de purga (pino branco). 
O comprimento da mangueira deve ser menor que 30 cm. No caso do painel de 
treinamento, 12 cm. Prenda a mangueira ao clipe à esquerda e aponte a saída da 
mangueira para cima, de modo que não entre em contato com a célula a 
combustível. 
 
 
 
11) Conecte à entrada de hidrogênio da célula a combustível uma mangueira de 
silicone com aproximadamente 15 cm. Na outra ponta livre da mangueira, 
conecte o tubo em Y. 
12) Ligue duas mangueiras às duas entradas do tubo em Y. As mangueiras devem 
ter comprimento de aproximadamente 6 a 8 cm. 
13) Insira em cada mangueira das entradas do tubo em Y, um estrangulador. Esse 
dispositivo será usado para interromper a passagem de hidrogênio quando os 
reguladores de pressão estiverem conectados aos cilindros de armazenamento de 
hidrogênio, interrompendo o suprimento de hidrogênio à célula a combustível. 
Caso tenhamos uma situação em que um regulador já esteja conectado ao 
cilindro e a uma entrada do tubo em Y, e o outro regulador ainda não esteja 
conectado a outro cilindro, mas já esteja conectado à outra entrada do conector 
em Y, a pressão de saída de hidrogênio pressionará o regulador e o gás 
escapará. 
14) Conecte, rosqueando, os cilindros de hidretos metálicos aos reguladores de 
pressão. 
 
A partir deste circuito, a célula a combustível está pronta para ser utilizada para 
algumas aplicações. Uma stack de células a combustível pode ser usada para ter a 
sua curva característica plotada, bem como acionar o motor elétrico de corrente 
contínua. No caso das lâmpadas de LEDs que operam em 12 volts, você terá que 
associar as stacks de células a combustível em série, pois a faixa de entrada do 
conversor CC-CC atende a tensão de saída quando as células estão conectadas em 
série, somente. 
 
 
ATIVIDADE LABORATORIAL 
Sistema de Células a Combustível 
 
 
Iniciando a Operação de uma Stack de Células a Combustível.Introdução 
Nessa atividade de laboratório, a partir da montagem da atividade laboratorial 1, 
será possível fornecer hidrogênio à célula a combustível para que esta possa entrar 
em funcionamento. 
Objetivos: 
 Operar um módulo (stack) de células a combustível, porém sem carga 
externa. 
Materiais: 
 
Identificação Descrição Quantidade Localização 
1 
Cilindro de armazenamento de hidrogênio em hidretos 
metálicos. 
2 
Painel. 
2 Regulador de pressão para hidrogênio. 2 Painel. 
3 Mangueira flexível de silicone. 5 Painel. 
4 
Válvula estranguladora para mangueira flexível de 
silicone. 
2 
Painel. 
5 Módulo de células a combustível H-20. 1 Painel. 
6 Amperímetro 6 A. 1 Painel. 
7 Fusível 1 Painel. 
8 Interruptor 1 Painel. 
9 Controlador do módulo de células a combustível 1 Painel. 
10 Condutores 12 AWG (4mm2) vermelho e preto variável Avulso. 
11 Conector em Y 1 Avulso. 
12 Módulo de Células a Combustível 1 Painel. 
13 Multímetro digital portátil (voltímetro) 1 Avulso. 
 
2 
 
Procedimentos: 
 
1) Ligue o multímetro e coloque na escala de 20Vdc. 
2) Posicione o interruptor Liga/Desliga para a posição de ligado. 
3) Com a célula a combustível ligada ao sistema de controle do painel, bem como ao 
seu controlador e ao suprimento de hidrogênio, libere o estrangulador de um dos 
cilindros de hidrogênio. A célula a combustível deve começar a funcionar, pois as 
resistências internas de cada célula a combustível, bem como o ventilador, 
consumirão os gases hidrogênio e oxigênio (do ar) para produzir eletricidade. 
4) Posicione as pontas de prova vermelha e preta do multímetro nos terminais 
positivo e negativo do bloco #1 após passarem pelo circuito de controle e 
monitoramento (amperímetro, interruptor e fusível). Anote os valores de corrente 
e tensão. 
5) Com o circuito em aberto, a tensão deve aumentar aos poucos até um valor 
máximo. Realize uma nova medida de tensão e corrente após 1 minuto. Anote os 
valores de corrente e tensão encontrados. 
 Tensão 1 minuto: _________volts. 
 Corrente 1 minuto: _________amperes. 
6) Realize uma nova medida de tensão e corrente após 2 minutos do início. Anote os 
valores de corrente e tensão encontrados. 
 Tensão 2 minutos: _________volts. 
 Corrente 2 minutos: _________amperes. 
7) Desde o momento da partida da célula a combustível até o tempo de 2 a 3 
minutos, a tensão em circuito aberto (embora se tenha resistência interna) deve 
ter aumentado. Isto se deve à umidificação da membrana polimérica de troca de 
prótons. À medida que a célula a combustível produz eletricidade, há formação de 
água como resíduo no cátodo, eletrodo onde há entrada de ar. Parte da água 
gerada é absorvida pela membrana, melhorando a condutividade iônica dos íons 
de hidrogênio, proporcionando um maior acúmulo de cargas positivas no cátodo e 
negativas (elétrons) no ânodo (entrada do gás hidrogênio) e, consequentemente, 
aumentando a diferença de potencial entre os eletrodos (tensão elétrica). 
 
À medida que a célula a combustível opera, ela melhora o seu desempenho até 
que estabiliza. 
 
Obs: Caso a tensão de saída da célula a combustível varie muito, com quedas de 
tensão, o suprimento de hidrogênio deve estar insuficiente. Troque por um 
cilindro cheio. 
 
8) Agora, meça durante 1 minuto a tensão e a corrente e observe se há variações 
de tensão e corrente durante esse período. Certifique-se que o controlador da 
célula a combustível está conectado à célula. 
9) Quando ocorrem essas variações? 
___________________________________________________________________
_______________________________________________. 
 
O controlador de carga, além de monitorar e controlar a corrente máxima e a tensão 
mínima da stack, controla o processo de purga e produz pequenos curtos circuitos. 
 
O processo de purga é importante para retirar a água acumulada no ânodo devido ao 
transporte de água que ocorre na membrana polimérica. Além de retirar a água que 
fica sobre a superfície do eletrodo, bloqueando o contato do gás hidrogênio com os 
catalisadores, a movimentação do gás hidrogênio pelos canais de fluxo de gases das 
placas bipolares força a molécula de hidrogênio a reagir com os catalisadores, 
aumentando a disponibilidade de elétrons e prótons e, consequentemente, 
melhorando o desempenho da stack. 
 
Já o curto-circuito que é produzido pelo controlador da célula a combustível, ajuda 
na auto-umidificação das células, melhorando o transporte iônico e ativa os 
catalisadores de modo a melhorar o desempenho das células. Sem essa técnica de 
ativação dos catalisadores para melhorar o equilíbrio das reações químicas, o 
desempenho da stack não alcança a potência nominal para a qual a célula foi 
especificada. 
 
Toda vez que ocorre um pico de corrente, ocorre uma queda de tensão entre os 
eletrodos positivo e negativo de cada célula que forma a stack. No caso de uma 
carga, esta sentirá a variação de potência. Para evitar essas variações na carga, 
pode-se ligar em paralelo um capacitor para que esse mantenha a tensão de saída 
da célula a combustível quando ocorrerem variações bruscas de tensão. 
 
 
ATIVIDADE LABORATORIAL 
Sistema de Células a Combustível 
 
 
Curva característica de um módulo de células a combustível 
sem controle de purga. 
 
Introdução 
Nessa atividade de laboratório, um módulo de células a combustível será conectado 
ao reostato. A partir da variação da resistência, serão gerados diferentes valores de 
corrente versus tensão. A partir dos pontos da corrente versus tensão, pode-se 
plotar um gráfico que será a curva característica ou curva de polarização da stack. 
Informações importantes poderão ser obtidas a partir do gráfico. 
Objetivos: 
 Obter e interpretar a curva de polarização de um módulo (stack) de células a 
combustível. 
 Determinar a tensão de circuito aberto de uma célula a combustível. 
Materiais: 
 
Identificação Descrição Quantidade Localização 
1 
Cilindro de armazenamento de hidrogênio em 
hidretos metálicos. 
2 
Painel. 
2 Regulador de pressão para hidrogênio. 2 Painel. 
3 Mangueira flexível de silicone. 5 Painel. 
4 
Válvula estranguladora para mangueira flexível 
de silicone. 
2 
Painel. 
5 Módulo de células a combustível H-20. 1 Painel. 
6 Amperímetro 6 A. 1 Painel. 
7 Fusível 1 Painel. 
8 Interruptor 1 Painel. 
9 Controlador do módulo de células a combustível 1 Painel. 
10 Condutores 12 AWG (4mm2) vermelho e preto variável Avulso. 
11 Conector em Y 1 Avulso. 
12 Módulo de Células a Combustível 1 Painel. 
3 
13 
Multímetro digital portátil 
(voltímetro) 
1 
Avulso. 
14 Reostato 1 Painel. 
 
Procedimentos: 
 
1) Conecte diretamente a saída da célula a combustível, a partir de condutores 
vermelho (+) e preto (-) ao bloco de terminais #1. Escolha dois terminais em 
aberto. Observe que você terá que utilizar condutores com conectores banana 
em uma ponta (ligar à célula a combustível) e tipo garfo ou anel na outra 
(ligar ao bloco #1). Não será utilizado, nesta atividade, o controlador da célula 
a combustível. Isto é, não haverá processo de purga ou períodos de curto-
circuitos para ativar os catalisadores e melhorar o desempenho. 
2) A partir do terminal oposto ao condutor vermelho, no bloco #1, ligue um 
condutor 12 AWG (4mm2) ao terminal positivo do amperímetro (na parte 
traseira do painel), passando pelo orifício à direita do bloco. 
3) Ligue o terminal negativo do amperímetro a um dos terminais do interruptor 
Liga/Desliga. Utilize um condutor vermelho 12 AWG. 
4) Ligue o terminal em aberto do interruptor Liga/Desliga a um dos terminais do 
fusível.Utilize um condutor vermelho 12 AWG. 
5) Ligue o terminal em aberto do fusível a um terminal em aberto, do lado 
esquerdo, do bloco de terminais #1. 
6) Mantenha a chave do interruptor Liga/Desliga para baixo, isto é, aberto ou 
desligado. 
7) Conecte uma mangueira de silicone à saída de hidrogênio da célula a 
combustível (lado esquerdo da célula a combustível). Feche a extremidade em 
aberto a partir de um pino cônico ou estrangulador. O comprimento da 
mangueira deve ser menor que 20 cm. No caso do painel de treinamento, 8 
cm. 
8) Conecte à entrada de hidrogênio da célula a combustível uma mangueira de 
silicone com aproximadamente 15 cm. Na outra ponta livre da mangueira, 
conecte o tubo em Y. 
9) Ligue duas mangueiras às duas entradas do tubo em Y. As mangueiras devem 
ter comprimento de aproximadamente 6 a 8 cm. 
10) Insira em cada mangueira das entradas do tubo em Y, um estrangulador. Esse 
dispositivo será usado para interromper a passagem de hidrogênio quando os 
reguladores de pressão estiverem conectados aos cilindros de armazenamento 
de hidrogênio, interrompendo o suprimento de hidrogênio à célula a 
combustível. Caso tenhamos uma situação em que um regulador já esteja 
conectado ao cilindro e a uma entrada do tubo em Y, e o outro regulador 
ainda não esteja conectado a outro cilindro, mas já esteja conectado à outra 
entrada do conector em Y, a pressão de saída de hidrogênio pressionará o 
regulador e o gás escapará. 
11) Rosqueie os cilindros de hidretos metálicos aos reguladores de pressão. 
Porém, antes, verifique se os cilindros estão carregados. 
12) Faça uma revisão do sistema para ver se todas as ligações estão corretas. 
13) Ligue o multímetro e coloque na escala de 20Vdc. 
14) Posicione o interruptor Liga/Desliga para a posição de ligado. 
15) Conecte o amperímetro em série com o módulo de células a combustível. 
Nesta conexão o terminal positivo da saída do módulo de células a 
combustível deve ser ligado ao terminal positivo do amperímetro. 
16) Conecte o terminal negativo do amperímetro ao terminal do reostato em que 
há ligação com o borne vermelho. Para isso, ligue um condutor entre o 
terminal do bloco #1 (após passar pelo interruptor e fusível), e o borne 
vermelho, a partir de um terminal tipo banana. 
17) Conecte o multímetro em paralelo com o reostato, respeitando a polaridade. 
18) Abra o estrangulador (válvula manual) que controla o suprimento de 
hidrogênio. 
19) Ajuste o reostato para a posição de 100%. 
20) Aguarde 2 minutos para que o sistema de células a combustível entre em 
equilíbrio. 
21) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
22) Ajuste o reostato para a posição de 20%. 
23) Aguarde 1 minuto. 
24) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
25) Ajuste o reostato para a posição de 10%. 
26) Aguarde 1 minuto. 
27) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
28) Ajuste o reostato para a posição de 9%. 
29) Aguarde 1 minuto. 
30) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
31) Ajuste o reostato para a posição de 7%. 
32) Aguarde 1 minuto. 
33) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
34) Ajuste o reostato para a posição de 5%. 
35) Aguarde 1 minuto. 
36) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
37) Ajuste o reostato para a posição de 3%. 
38) Aguarde 1 minuto. 
39) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
40) Ajuste o reostato para a posição de 2%. 
41) Aguarde 1 minuto. 
42) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
43) Ajuste o reostato para a posição de 1%. 
44) Aguarde 1 minuto. 
45) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
46) Desconecte o sistema. 
47) Plote um gráfico de tensão versus corrente elétrica. 
 
Observe que à medida que ocorre aumento da corrente elétrica, devido à 
redução da resistência elétrica no reostato, ocorre a queda da tensão. Essa é a 
primeira característica a ser observada em uma célula a combustível. Portanto, a 
tensão de saída é variável e deve ser regulada, dependendo da carga. 
 
O desenho gráfico da curva característica de tensão versus corrente é uma 
aproximação do Estado de Polarização da Célula a Combustível de Hidrogênio. 
 
Utilizar material mestrado William por estar bem detalhado. Descrição 
abaixo é temporária. 
Estados de Polarização da Célula a Combustível de Hidrogênio 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1,0 
0,9 
0,8 
0,7 
0,6 
0,5 
0,4 
0,3 
0,2 
0,1 
0,0 
ativação ôhmica Transporte 
de massa Corrente 
Tensão 
Esta experiência examina os três estados fundamentais de uma célula a combustível 
de hidrogênio quando esta produz uma determinada tensão e corrente elétrica para 
uma carga – Ativação, Ôhmico e Transporte de Massa. São chamados de Estados de 
Polarização e estão ilustrados acima como a tensão versus corrente elétrica e a 
relação entre estas duas variáveis de acordo com condições, tais como: temperatura, 
umidade, característica da carga e taxas de fluxo de combustível e oxidantes. 
 
Em condições ideais, a tensão teórica máxima de uma célula a combustível é de 1,23 
volts para qualquer corrente elétrica de operação. Porém, na realidade, a máxima 
tensão elétrica obtida é em condições de circuito aberto (sem carga elétrica). À 
medida que a corrente sobe, a tensão elétrica cai. Isto é conhecido como polarização 
e é representada pela curva de polarização mostrada acima. 
 
A curva de polarização caracteriza a tensão elétrica da célula a combustível em 
função da corrente elétrica. A corrente elétrica gerada depende do tamanho da carga 
elétrica e que é colocada entre os pólos positivo e negativo da célula a combustível. 
 
A curva de polarização mostra a eficiência eletroquímica da célula a combustível para 
diferentes condições de geração de corrente elétrica, pois a eficiência da célula a 
combustível pode ser medida pela razão entre a tensão elétrica obtida pelo valor 
teórico máximo de 1,23 volts. 
 
As baterias apresentam curvas de polarização parecidas com as células a 
combustível. Tanto as baterias quanto as células a combustível mostram um 
excelente desempenho para cargas parciais, visto que a tensão elétrica aumenta à 
medida que a carga reduz e vice versa. 
 
A polarização é causada por fatores químicos e físicos associados a vários elementos 
da célula a combustível. Estes fatores limitam o processo de reação quando a 
corrente elétrica está fluindo. O desvio do potencial da célula a combustível de um 
comportamento ideal é um resultado direto 
da soma desses fatores ao longo de uma faixa de carga. 
 
Existem basicamente três regiões que afetam a polarização como um todo: 
 
1)Polarização de Ativação 
2)Polarização Ôhmica (ou polarização resistiva) 
3)Polarização por Transporte de Massa. 
 
Polarização de Ativação 
 
A polarização por ativação está relacionada à barreira de energia que deve ser 
superada para iniciar as reações químicas entre os reagentes. Em baixa corrente, a 
taxa de transferência de elétrons é lenta e uma parte da tensão entre os eletrodos é 
perdido para compensar a falta de atividade eletrocatalítica. Esta área não é linear. 
 
Polarização Ôhmica (ou polarização resistiva) 
 
A plolarização ôhmica ocorre devido às perdas resistivas na célula a combustível. 
Estas perdas resistivas ocorrem dentro do eletrólito (condução iônica), nos eletrodos 
(condução eletrônica e iônica) e conexões nos terminais da célula a combustível 
(condução eletrônica). Como as pilhas de células a combustível (stacks) e os 
eletrólitos obedecem à Lei de Ohm (U=R*I), a quantidade de tensão elétrica perdida 
para que ocorra a condução de eletricidade varia quase que linearmente nesta 
região. Estaé a região de trabalho da célula a combustível. 
 
Transporte de Massa 
 
A polarização por transporte de massa ocorre quando as reações nos eletrodos são 
prejudicadas por efeitos de transferência de massa. Nesta região, os reagentes são 
consumidos a taxas maiores do que eles podem ser fornecidos enquanto o produto 
da reação, água, se acumula a uma taxa maior do que ele pode ser removido. Por 
consequência, estes efeitos inibem a reação e a tensão da célula cai para zero. Esta 
área é não linear, como a área de polarização de ativação. 
 
 
ATIVIDADE LABORATORIAL 
Sistema de Células a Combustível 
 
 
Curva Característica de um Módulo de Células a Combustível 
Com Controle de Purga. 
Objetivos: 
 Obter e interpretar a curva de polarização de um módulo (stack) de células 
a combustível com controle de purga e ativação catalítica por técnica de 
curto circuito. 
 Determinar a tensão de circuito aberto de uma célula a combustível com 
controle de purga e ativação catalítica por técnica de curto circuito. 
Materiais: 
 
Identificação Descrição Quantidade Localização 
1 
Cilindro de armazenamento de hidrogênio em 
hidretos metálicos. 
2 
Painel. 
2 Regulador de pressão para hidrogênio. 2 Painel. 
3 Mangueira flexível de silicone. 5 Painel. 
4 
Válvula estranguladora para mangueira flexível 
de silicone. 
2 
Painel. 
5 Módulo de células a combustível H-20. 1 Painel. 
6 Amperímetro 6 A. 1 Painel. 
7 Fusível 1 Avulso. 
8 Interruptor 1 Painel. 
9 Controlador do módulo de células a combustível 1 Painel. 
10 Condutores 12 AWG (4mm2) vermelho e preto 1 Avulso. 
11 Válvula de purga automática 1 Painel. 
12 Multímetro digital portátil (voltímetro) 1 Avulso. 
13 Reostato 1 Painel. 
14 Conector em Y 1 Avulso. 
Procedimentos: 
 
4 
1) Primeiramente, conecte os condutores vermelho e preto do controlador da célula 
a combustível (com conectores em anel) ao bloco de terminais #1. Escolha dois 
terminais em aberto. 
2) A partir do terminal oposto ao condutor vermelho, no bloco #1, ligue um 
condutor 12 AWG (4mm2) ao terminal positivo do amperímetro (na parte traseira 
do painel), passando pelo orifício à direita do bloco. 
3) Ligue o terminal negativo do amperímetro a um dos terminais do interruptor 
Liga/Desliga. Utilize um condutor vermelho 12 AWG. 
4) Ligue o terminal em aberto do interruptor Liga/Desliga a um dos terminais do 
fusível. Utilize um condutor vermelho 12 AWG. 
5) Ligue o terminal em aberto do fusível a um terminal em aberto, do lado 
esquerdo, do bloco de terminais #1. 
6) Mantenha a chave do interruptor Liga/Desliga para baixo, isto é, aberto 
(desligado). 
7) Ligue os condutores vermelho (+) e preto (+) do controlador da célula a 
combustível aos terminais positivo (borne vermelho) e negativo (borne preto) da 
stack (módulo) de células a combustível. 
8) Conecte o controlador da célula a combustível ao conector da válvula de purga. 
9) Ligue a saída de hidrogênio (lado esquerdo da célula a combustível) à válvula de 
purga por meio da mangueira de silicone. Conecte ao pino de entrada de cor 
prateado. O comprimento da mangueira deve ser menor que 20 cm. No caso do 
painel de treinamento, 8 cm. 
10) Conecte uma mangueira de silicone na saída da válvula de purga (pino 
branco). O comprimento da mangueira deve ser menor que 30 cm. No caso do 
painel de treinamento, 12 cm. Prenda a mangueira ao clipe à esquerda e aponte 
a saída da mangueira para cima, de modo que não entre em contato com a célula 
a combustível. 
11) Conecte à entrada de hidrogênio da célula a combustível uma mangueira de 
silicone com aproximadamente 15 cm. Na outra ponta livre da mangueira, 
conecte o tubo em Y. 
12) Ligue duas mangueiras às duas entradas do tubo em Y. As mangueiras devem 
ter comprimento de aproximadamente 6 a 8 cm. 
13) Insira em cada mangueira das entradas do tubo em Y, um estrangulador. Esse 
dispositivo será usado para interromper a passagem de hidrogênio quando os 
reguladores de pressão estiverem conectados aos cilindros de armazenamento de 
hidrogênio, interrompendo o suprimento de hidrogênio à célula a combustível. 
Caso tenhamos uma situação em que um regulador já esteja conectado ao 
cilindro e a uma entrada do tubo em Y, e o outro regulador ainda não esteja 
conectado a outro cilindro, mas já esteja conectado à outra entrada do conector 
em Y, a pressão de saída de hidrogênio pressionará o regulador e o gás escapará. 
14) Rosqueie os cilindros de hidretos metálicos aos reguladores de pressão. 
Porém, antes, verifique se os cilindros estão carregados. 
15) Faça uma revisão do sistema para ver se todas as ligações estão corretas. 
16) Ligue o multímetro e coloque na escala de 20Vdc. 
17) Posicione o interruptor Liga/Desliga para a posição de ligado. 
18) Conecte o terminal positivo da saída do módulo de células a combustível (após 
passar pelo circuito de controle e monitoramento) ao terminal positivo do 
reostato (borne vermelho). 
19) Conecte o terminal negativo da célula a combustível (após passar pelo 
controlador da célula) ao reostato em que há ligação com o borne preto. Para 
isso, ligue um condutor preto entre o terminal do bloco #1 e o borne preto, a 
partir de um terminal tipo banana. 
20) Conecte o multímetro em paralelo com o reostato, respeitando a polaridade. 
21) Abra o estrangulador (válvula manual) que controla o suprimento de 
hidrogênio. A célula a combustível deve começar a funcionar. Observe o período 
de tempo entre cada atividade de purga. Você deverá medir a corrente e a tensão 
entre esses intervalos em que ocorrem a purga. 
22) Ajuste o reostato para a posição de 100%. 
23) Aguarde 2 minutos para que o sistema de células a combustível entre em 
equilíbrio. 
24) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
25) Ajuste o reostato para a posição de 20%. 
26) Aguarde 1 minuto. 
27) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
28) Ajuste o reostato para a posição de 10%. 
29) Aguarde 1 minuto. 
30) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
31) Ajuste o reostato para a posição de 9%. 
32) Aguarde 1 minuto. 
33) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
34) Ajuste o reostato para a posição de 7%. 
35) Aguarde 1 minuto. 
36) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
37) Ajuste o reostato para a posição de 5%. 
38) Aguarde 1 minuto. 
39) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
40) Ajuste o reostato para a posição de 3%. 
41) Aguarde 1 minuto. 
42) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
43) Ajuste o reostato para a posição de 2%. 
44) Aguarde 1 minuto. 
45) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
46) Ajuste o reostato para a posição de 1%. 
47) Aguarde 1 minuto. 
48) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
49) Desconecte o sistema. 
50) Plote um gráfico de tensão versus corrente elétrica (curva de polarização da 
célula a combustível). 
51) Compare com a curva de polarização do módulo da célula a combustível com 
controlador com a curva de polarização do módulo da célula a combustível sem 
controle de purga e ativação catalítica por técnica de curto circuito. 
 Qual sistema de célula a combustível apresentou melhor desempenho: com ou 
sem controlador? 
 Quais conclusões podem ser descritas sobre a importância do controle da 
célula a combustível para se obter um melhor desempenho? 
 Quais vantagens e desvantagens do processo de purga? 
 
 
ATIVIDADE LABORATORIAL 
Sistema de Células a Combustível 
 
 
Curva Característica de Dois Módulos de Células a 
Combustível Conectados em Série e Sem Controlador de 
Purga. 
Introdução: 
Nessa atividade de laboratório, vocêmontará um sistema de células a combustível 
com dois módulos (stacks) ligados eletricamente em série e sem utilizar o 
controlador da célula a combustível e que tem a função de controlar o processo de 
purga e realizar a ativação catalítica pela técnica de curto circuito. 
Objetivos: 
 Obter e interpretar a curva de polarização de uma associação em série de 
módulos (stacks) de células a combustível sem controle de purga e ativação 
catalítica por técnica de curto circuito. 
 Determinar a tensão de circuito aberto de uma célula a combustível. 
Materiais: 
 
Identificação Descrição Quantidade Localização 
1 
Cilindro de armazenamento de hidrogênio em 
hidretos metálicos. 
4 
Painel. 
2 Regulador de pressão para hidrogênio. 4 Painel. 
3 Mangueira flexível de silicone. 10 Painel. 
4 
Válvula estranguladora para mangueira flexível 
de silicone. 
4 
Painel. 
5 Módulo de células a combustível H-20. 2 Painel. 
6 Amperímetro 6 A. 1 Painel. 
7 Fusível 1 Avulso. 
8 Interruptor 1 Painel. 
9 Condutores 12 AWG (4mm2) vermelho e preto 1 Avulso. 
10 Multímetro digital portátil (voltímetro) 1 Avulso. 
11 Reostato 1 Painel. 
5 
12 Conector em Y 2 Avulso. 
 
Procedimentos: 
 
1) Ligue o terminal vermelho (+) da stack #1 ao terminal negativo da stack #2. 
Para isso, conecte diretamente a saída da célula a combustível, a partir de 
condutores vermelho (+) e preto (-) ao bloco de terminais #1 (lado esquerdo). 
Escolha dois terminais em aberto. Observe que você terá que utilizar condutores 
com conectores banana em uma ponta (ligar à célula a combustível) e tipo garfo 
ou anel na outra (ligar ao bloco #1). Não será utilizado, nesta atividade, o 
controlador da célula a combustível. Isto é, não haverá processo de purga ou 
períodos de curto-circuitos para ativar os catalisadores e melhorar o 
desempenho. 
2) Ligue o terminal preto (-) da stack #2 ao mesmo ponto onde está conectado o 
condutor vermelho (+) da stack #1, no bloco #1. 
3) Ligue o terminal vermelho (+) da stack #2 a um ponto em aberto do bloco #1 
(lado esquerdo). Você deve observar que os terminais positivo da stack #1 e 
negativo da stack #2 estão ligados ao mesmo ponto do bloco #1; e que os 
terminais negativo da stack #1 e positivo da stack #2 estão conectados em 
diferentes pontos do bloco #1. 
4) A partir do terminal oposto ao condutor vermelho (+) da stack #2, no bloco #1, 
ligue um condutor 12 AWG (4mm2) ao terminal positivo do amperímetro (na 
parte traseira do painel), passando pelo orifício à direita do bloco. 
5) Ligue o terminal negativo do amperímetro a um dos terminais do interruptor 
Liga/Desliga. Utilize um condutor vermelho 12 AWG. 
6) Ligue o terminal em aberto do interruptor Liga/Desliga a um dos terminais do 
fusível. Utilize um condutor vermelho 12 AWG. 
7) Ligue o terminal em aberto do fusível a um terminal em aberto, do lado 
esquerdo, do bloco de terminais #1. Esse será o terminal positivo da ligação em 
série das stacks de células a combustível. 
8) Conecte o terminal positivo das stacks (positivo da stack #2) ao reostato. 
Utilize o borne vermelho. 
9) Mantenha a chave do interruptor Liga/Desliga para baixo, isto é, aberto ou 
desligado. 
10) Conecte o terminal negativo da ligação em série (negativo da stack #1) ao 
reostato. Utilize o borne preto. Mesmo que ocorra inversão entre os terminais 
do reostato, não haveria problema, pois o reostato não tem polaridade. 
11) Conecte uma mangueira de silicone à saída de hidrogênio da célula a 
combustível (lado esquerdo da célula a combustível). Feche a extremidade em 
aberto a partir de um pino cônico ou estrangulador. O comprimento da 
mangueira deve ser menor que 20 cm. No caso do painel de treinamento, 8 cm. 
12) Conecte à entrada de hidrogênio da célula a combustível uma mangueira de 
silicone com aproximadamente 15 cm. Na outra ponta livre da mangueira, 
conecte o tubo em Y. 
13) Ligue duas mangueiras às duas entradas do tubo em Y. As mangueiras devem 
ter comprimento de aproximadamente 6 a 8 cm. 
14) Insira em cada mangueira das entradas do tubo em Y, um estrangulador. Esse 
dispositivo será usado para interromper a passagem de hidrogênio quando os 
reguladores de pressão estiverem conectados aos cilindros de armazenamento 
de hidrogênio, interrompendo o suprimento de hidrogênio à célula a 
combustível. Caso tenhamos uma situação em que um regulador já esteja 
conectado ao cilindro e a uma entrada do tubo em Y, e o outro regulador ainda 
não esteja conectado a outro cilindro, mas já esteja conectado à outra entrada 
do conector em Y, a pressão de saída de hidrogênio pressionará o regulador e o 
gás escapará. 
15) Rosqueie os cilindros de hidretos metálicos aos reguladores de pressão. Porém, 
antes, verifique se os cilindros estão carregados. 
16) Faça uma revisão do sistema para ver se todas as ligações estão corretas. 
17) Ligue o multímetro e coloque na escala de 20Vdc. 
18) Posicione o interruptor Liga/Desliga para a posição de ligado. 
19) Conecte o multímetro em paralelo com o reostato, respeitando a polaridade. 
20) Abra o estrangulador (válvula manual) que controla o suprimento de hidrogênio. 
21) Aguarde 2 minutos para que o sistema de células a combustível entre em 
equilíbrio. 
22) Ajuste o reostato para a posição de 20%. 
23) Aguarde 1 minuto. 
24) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
25) Ajuste o reostato para a posição de 10%. 
26) Aguarde 1 minuto. 
27) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
28) Ajuste o reostato para a posição de 9%. 
29) Aguarde 1 minuto. 
30) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
31) Ajuste o reostato para a posição de 7%. 
32) Aguarde 1 minuto. 
33) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
34) Ajuste o reostato para a posição de 5%. 
35) Aguarde 1 minuto. 
36) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
37) Ajuste o reostato para a posição de 3%. 
38) Aguarde 1 minuto. 
39) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
40) Ajuste o reostato para a posição de 2%. 
41) Aguarde 1 minuto. 
42) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
43) Ajuste o reostato para a posição de 1%. 
44) Aguarde 1 minuto. 
45) Anote os valores de tensão e corrente elétrica. 
46) Desconecte o sistema. 
47) Plote um gráfico de tensão versus corrente elétrica. 
 
O desenho gráfico da curva característica de tensão versus corrente é uma 
aproximação do Estado de Polarização dos dois módulos de células a combustível 
ligados em série. 
 
 Ocorreu o aumento da tensão em circuito aberto da ligação em série em 
relação à tensão em circuito aberto de apenas um módulo de célula a 
combustível? 
 Em relação à corrente elétrica, o que ocorreu? 
 E a potência para cada valor de resistência, aumentou ou diminuiu? 
 
ATIVIDADE LABORATORIAL 
Sistema de Células a Combustível 
 
 
Ligação do Sistema de Células a Combustível ao Conversor 
CC-CC Para Alimentar Cargas em Corrente Contínua. 
Introdução: 
 
A lâmpada de LEDs de corrente contínua da Estação de Estudos em Energias 
Renováveis e Hidrogênio funciona com alimentação em 12 volts. Todavia, para 
alimentarmos com 12Vcc as lâmpadas de LEDs do painel, a tensão de saída das 
stacks deverá atender a faixa de tensão de entrada do conversor CC/CC. O 
conversor CC/CC regula a tensão de saída desregulada do conjunto das duas stacks. 
 
Primeiramente, utilizaremos os módulos ligados em série e sem o controlador da 
célula a combustível. A faixa da tensão de saída do conjunto em série deve atender à 
tensão de entrada do conversor CC/CC (10 a 36 volts), mas como podemos verificar 
a partir da curva de polarização do conjunto em série,à medida que aumenta a 
corrente, cai a tensão. Portanto, à medida que aumentarmos a carga CC, a tensão 
de saída do conjunto em série deve cair e pode correr o risco de não atender a faixa 
de tensão de entrada do conversor CC/CC. 
Objetivos: 
 Fornecer energia a partir de módulos (stacks) de células a combustível, 
ligadas em série, a uma carga em corrente contínua, de 12Vcc, utilizando um 
conversor CC/CC, e sem o uso do controlador da célula a combustível (sem 
purga e sem técnica de ativação catalítica). 
 Determinar se a tensão de saída da ligação em série atende a faixa de tensão 
de entrada do conversor CC/CC. 
Materiais: 
 
Identificação Descrição Quantidade Localização 
1 
Cilindro de armazenamento de hidrogênio em 
hidretos metálicos. 
4 
Painel. 
2 Regulador de pressão para hidrogênio. 4 Painel. 
3 Mangueira flexível de silicone. 10 Painel. 
4 
Válvula estranguladora para mangueira flexível 
de silicone. 
4 
Painel. 
5 Módulo de células a combustível H-20. 2 Painel. 
6 Amperímetro 6 A. 1 Painel. 
6 
7 Fusível 1 Avulso. 
8 Interruptor 1 Painel. 
9 Condutores 12 AWG (4mm2) vermelho e preto 1 Avulso. 
10 Multímetro digital portátil (voltímetro) 1 Avulso. 
11 Reostato 1 Painel. 
12 Conector em Y 2 Avulso. 
13 Conversor CC/CC 1 Painel. 
14 Lâmpadas de LEDs 2 Painel. 
 
Procedimentos: 
 
1) Ligue o terminal vermelho (+) da stack #1 ao terminal negativo da stack #2. 
Para isso, conecte diretamente a saída da célula a combustível, a partir de 
condutores vermelho (+) e preto (-) ao bloco de terminais #1 (lado esquerdo). 
Escolha dois terminais em aberto. Observe que você terá que utilizar condutores com 
conectores banana em uma ponta (para ligar à célula a combustível) e modelo garfo 
ou anel na outra (para ligar ao bloco #1). Não será utilizado, nesta atividade, o 
controlador da célula a combustível. Isto é, não haverá processo de purga ou 
períodos de curto-circuitos para ativar os catalisadores e melhorar o desempenho. 
2) Ligue o terminal preto (-) da stack #2 ao mesmo ponto onde está conectado o 
condutor vermelho (+) da stack #1, no bloco #1. 
3) Ligue o terminal vermelho (+) da stack #2 a um ponto em aberto do bloco #1 
(lado esquerdo). Você deve observar que os terminais positivo da stack #1 e 
negativo da stack #2 estão ligados ao mesmo ponto do bloco #1; e que os terminais 
negativos da stack #1 e positivo da stack #2 estão conectados em diferentes pontos 
do bloco #1. 
4) A partir do terminal oposto ao condutor vermelho (+) da stack #2, no bloco 
#1, ligue um condutor 12 AWG (4mm2) ao terminal positivo do amperímetro (na 
parte traseira do painel), passando pelo orifício à direita do bloco. Você está 
colocando o amperímetro em série com o terminal positivo do conjunto em série das 
stacks. 
5) Ligue o terminal negativo do amperímetro a um dos terminais do interruptor 
Liga/Desliga. Utilize um condutor vermelho 12 AWG. 
6) Ligue o terminal em aberto do interruptor Liga/Desliga a um dos terminais do 
fusível. Utilize um condutor vermelho 12 AWG. 
7) Ligue o terminal em aberto do fusível a um terminal em aberto, do lado 
esquerdo, do bloco de terminais #1. Esse será o terminal positivo da ligação em 
série das stacks de células a combustível. 
8) Coloque o multímetro na escala de 200Vdc. 
9) Conecte uma mangueira de silicone à saída de hidrogênio da célula a 
combustível (lado esquerdo da célula a combustível). Feche a extremidade em 
aberto a partir de um pino cônico ou estrangulador. O comprimento da mangueira 
deve ser menor que 20 cm. No caso do painel de treinamento, 8 cm. 
10) Conecte à entrada de hidrogênio da célula a combustível uma mangueira de 
silicone com aproximadamente 15 cm. Na outra ponta livre da mangueira, conecte o 
tubo em Y. 
11) Ligue duas mangueiras às duas entradas do tubo em Y. As mangueiras devem 
ter comprimento de aproximadamente 6 a 8 cm. 
12) Insira em cada mangueira das entradas do tubo em Y, um estrangulador. Esse 
dispositivo será usado para interromper a passagem de hidrogênio quando os 
reguladores de pressão estiverem conectados aos cilindros de armazenamento de 
hidrogênio, interrompendo o suprimento de hidrogênio à célula a combustível. Caso 
tenhamos uma situação em que um regulador já esteja conectado ao cilindro e a 
uma entrada do tubo em Y, e o outro regulador ainda não esteja conectado a outro 
cilindro, mas já esteja conectado à outra entrada do conector em Y, a pressão de 
saída de hidrogênio pressionará o regulador e o gás escapará. 
13) Rosqueie os cilindros de hidretos metálicos aos reguladores de pressão. 
Porém, antes, verifique se os cilindros estão carregados. 
14) Faça uma revisão do sistema para ver se todas as ligações estão corretas. 
15) Abra as válvulas estranguladoras, permitindo que o hidrogênio flua para os 
módulos de células a combustível. 
16) Posicione o interruptor Liga/Desliga para cima, isto é, ligado. 
17) Deixe as células funcionarem por 1 minuto. 
18) Após 1 minuto, meça a tensão e corrente entre os terminais positivo e 
negativo do conjunto em série dos módulos de células a combustível. Anote os 
valores abaixo. 
 Tensão da ligação em série: ___________volts. 
 Corrente da ligação em série:______________amperes. 
19) Verifique se a tensão de saída em circuito aberto atende a faixa de entrada do 
conversor CC/CC, mas com tensão acima de 15 volts. 
20) Desligue o interruptor Liga/Desliga. 
21) Conecte o terminal positivo das stacks (positivo da stack #2) ao terminal 
positivo da entrada demarcada com o sinal (+), do conversor CC/CC. 
22) Conecte o terminal negativo da ligação em série (negativo da stack #1) ao 
terminal negativo da entrada demarcada com o sinal (+), do conversor CC/CC. 
23) Ligue a saída positiva do conversor CC/CC ao bloco de terminais #2 (algum 
terminal em aberto do lado esquerdo. De preferência, o primeiro de cima para 
baixo). 
24) Ligue a saída negativa do conversor CC/CC ao bloco de terminais #2 (algum 
terminal em aberto do lado esquerdo. De preferência, ao lado do terminal positivo). 
25) Faça um jumpeamento dos terminais positivo e negativo em dois outros 
pontos do bloco de terminais. Todos do lado esquerdo do bloco de terminais. 
26) A partir de dos terminais positivo e negativo do lado direito do bloco #2, 
prepare dois condutores vermelho (+) e dois pretos (-), com uma extremidade tendo 
o conector modelo banana e a outra extremidade o modelo garfo ou anel, até as 
lâmpadas de LEDs. Porém, ainda não ligue aos bornes das lâmpadas. 
27) Posicione o interruptor Liga/Desliga para a posição de ligado. 
28) Meça a tensão entre os terminais positivo e negativo do conversor CC/CC. 
Anote os valores obtidos. 
 Tensão de entrada do conversor CC/CC: _________________volts. 
 Corrente de entrada do conversor CC/CC:________________amperes. 
29) Verifique se a tensão na entrada do conversor CC/CC ainda está dentro da 
faixa de entrada do equipamento e acima de 15 volts. 
30) Ligue 1 das lâmpadas aos terminais positivo e negativo do bloco #2. 
31) Meça a tensão e a corrente na entrada do conversor CC/CC. 
 Tensão de entrada do conversor CC/CC com 1 lâmpada LED:____volts. 
 Corrente de entrada do conversor CC/CC com 1 lâmpada LED:___amperes. 
 
Se a tensão de entrada estiver abaixo da faixa de entrada do conversor CC/CC, o 
conversor terá dificuldades para regular a tensão de saída do conjunto em série e 
o sistema ficará instável. Caso o sistema esteja operando sem instabilidades, 
inclusive com hidrogênio suficiente para as células manterem a produção de 
eletricidade para a carga, siga para o próximo procedimento. Se estiver instável, 
desligue o interruptor Liga/Desliga. 
32) Liguea segunda lâmpada de LEDs aos terminais positivo e negativo em aberto 
do bloco #2. 
33) Meça a tensão e a corrente na entrada do conversor CC/CC. 
 Tensão de entrada do conversor CC/CC com 2 lâmpadas LED:____volts. 
 Corrente de entrada do conversor CC/CC com 2 lâmpadas LED:___amperes. 
 
Se a tensão de entrada estiver abaixo da faixa de entrada do conversor CC/CC, o 
conversor terá dificuldades para regular a tensão de saída do conjunto em série e o 
sistema ficará instável. Caso o sistema esteja operando sem instabilidades, inclusive 
com hidrogênio suficiente para as células manterem a produção de eletricidade para 
a carga, mantenha o sistema operando. Se estiver instável, desligue o interruptor 
Liga/Desliga. 
 
Enquanto houver fluxo de hidrogênio suficiente, o conjunto em série deve operar 
com estabilidade até que comece a acumular água nos eletrodos de entrada do gás 
hidrogênio, impedindo que o gás reaja com os catalisadores, desequilibrando as 
reações eletroquímicas e, consequentemente, caindo a tensão de saída e, 
possivelmente, deixando o sistema instável. 
Outro motivo de instabilidade que poderá ocorrer é a redução do fluxo de hidrogênio 
devido à queda de temperatura nos cilindros de hidretos metálicos. 
 
ATIVIDADE LABORATORIAL 
Sistema de Células a Combustível 
 
 
Ligação do Sistema de Células a Combustível ao Conversor 
CC-CC Para Alimentar Cargas em Corrente Contínua. 
Com controle de purga e ativação catalítica por técnica de curto 
circuito. 
Introdução: 
 
A partir do exercício anterior da ligação em série dos módulos de células a 
combustível, sem controle de purga, você pôde observar as características da tensão 
de saída do conjunto que alimentou a carga CC de lâmpadas de LEDs de 12Vcc. 
Agora, realizarmos os mesmos testes utilizando o processo de purga e a ativação 
catalítica por técnica de curto circuito. Veremos se há melhora no desempenho do 
conjunto e se seria possível aumentar o número de cargas, sem que o sistema fique 
instável. 
Objetivos: 
 Fornecer energia a partir de módulos (stacks) de células a combustível, 
ligadas em série, a uma carga em corrente contínua, de 12Vcc, utilizando um 
conversor CC/CC, e com o uso do controlador da célula a combustível (com 
purga e com técnica de ativação catalítica). 
 Determinar se a tensão de saída da ligação em série atende a faixa de tensão 
de entrada do conversor CC/CC e se ocorreu um melhor desempenho com 
essa opção de controle. 
Materiais: 
 
Identificação Descrição Quantidade Localização 
1 
Cilindro de armazenamento de hidrogênio em 
hidretos metálicos. 
4 
Painel. 
2 Regulador de pressão para hidrogênio. 4 Painel. 
3 Mangueira flexível de silicone. 10 Painel. 
4 
Válvula estranguladora para mangueira flexível 
de silicone. 
4 
Painel. 
5 Módulo de células a combustível H-20. 2 Painel. 
7 
6 Amperímetro 6 A. 1 Painel. 
7 Fusível 1 Avulso. 
8 Interruptor 1 Painel. 
9 Controlador do módulo de células a combustível 2 Painel. 
10 Condutores 12 AWG (4mm2) vermelho e preto 1 Avulso. 
11 Válvula de purga automática 2 Painel. 
12 Multímetro digital portátil (voltímetro) 1 Avulso. 
13 Lâmpadas de LEDs 12Vcc 2 Painel. 
14 Conector em Y 2 Avulso. 
15 Conversor CC/CC 1 Painel. 
 
Procedimentos: 
 
1) Conecte o terminal vermelho (+) do controlador da stack #1 ao terminal 
negativo do controlador da stack #2. Escolha dois terminais em aberto do bloco #1. 
2) Conecte o terminal preto (-) do controlador da stack #2 ao mesmo ponto 
onde está conectado o condutor vermelho (+) da stack #1, no bloco #1. 
3) Conecte o terminal vermelho (+) do controlador da stack #2 a um ponto em 
aberto do bloco #1 (lado esquerdo). Você deve observar que os terminais positivo do 
controlador da stack #1 e negativo do controlador da stack #2 estão ligados ao 
mesmo ponto do bloco #1; e que os terminais negativos da stack #1 e positivo da 
stack #2 estão conectados em diferentes pontos do bloco #1. 
4) Conecte os condutores vermelho (+) e preto (-) (com conector modelo 
banana) do controlador da stack #1 aos terminais de saída da stack #1, respeitando 
as polaridades. 
5) Conecte os condutores vermelho (+) e preto (-) (com conector banana) do 
controlador da stack #2 aos terminais de saída da stack #2, respeitando as 
polaridades. 
6) A partir do terminal oposto ao condutor vermelho (+) da stack #2, no bloco 
#1, ligue um condutor 12 AWG (4mm2) ao terminal positivo do amperímetro (na 
parte traseira do painel), passando pelo orifício à direita do bloco. Você está 
colocando o amperímetro em série com o terminal positivo do conjunto em série das 
stacks. 
7) Ligue o terminal negativo do amperímetro a um dos terminais do interruptor 
Liga/Desliga. Utilize um condutor vermelho 12 AWG. 
8) Ligue o terminal em aberto do interruptor Liga/Desliga a um dos terminais do 
fusível. Utilize um condutor vermelho 12 AWG. 
9) Ligue o terminal em aberto do fusível a um terminal em aberto, do lado 
esquerdo, do bloco de terminais #1. Esse será o terminal positivo da ligação em 
série das stacks de células a combustível. 
10) Coloque o multímetro na escala de 200Vdc. 
11) Conecte o controlador da célula a combustível ao conector da válvula de 
purga. 
12) Ligue a saída de hidrogênio (lado esquerdo da célula a combustível) à válvula 
de purga por meio da mangueira de silicone. Conecte ao pino de entrada de cor 
prateado. O comprimento da mangueira deve ser menor que 20 cm. No caso do 
painel de treinamento, 8 cm. 
13) Conecte uma mangueira de silicone na saída da válvula de purga (pino 
branco). O comprimento da mangueira deve ser menor que 30 cm. No caso do painel 
de treinamento, 12 cm. Prenda a mangueira ao clipe à esquerda e aponte a saída da 
mangueira para cima, de modo que não entre em contato com a célula a 
combustível. 
14) Conecte à entrada de hidrogênio da célula a combustível uma mangueira de 
silicone com aproximadamente 15 cm. Na outra ponta livre da mangueira, conecte o 
tubo em Y. 
15) Ligue duas mangueiras às duas entradas do tubo em Y. As mangueiras devem 
ter comprimento de aproximadamente 6 a 8 cm. 
16) Insira em cada mangueira das entradas do tubo em Y, um estrangulador. Esse 
dispositivo será usado para interromper a passagem de hidrogênio quando os 
reguladores de pressão estiverem conectados aos cilindros de armazenamento de 
hidrogênio, interrompendo o suprimento de hidrogênio à célula a combustível. Caso 
tenhamos uma situação em que um regulador já esteja conectado ao cilindro e a 
uma entrada do tubo em Y, e o outro regulador ainda não esteja conectado a outro 
cilindro, mas já esteja conectado à outra entrada do conector em Y, a pressão de 
saída de hidrogênio pressionará o regulador e o gás escapará. 
17) Rosqueie os cilindros de hidretos metálicos aos reguladores de pressão. 
Porém, antes, verifique se os cilindros estão carregados. 
18) Faça uma revisão do sistema para ver se todas as ligações estão corretas. 
19) Abra as válvulas estranguladoras, permitindo que o hidrogênio flua para os 
módulos de células a combustível. 
20) Posicione o interruptor Liga/Desliga para cima, isto é, ligado. 
21) Deixe as células funcionarem por 1 minuto. 
22) Após 1 minuto, meça a tensão e corrente entre os terminais positivo e 
negativo do conjunto em série dos módulos de células a combustível. Meça entre os 
intervalos dos processos de purga e curto-circuito. Anote os valores abaixo. 
 Tensão da ligação em série com controlador: ________volts. 
 Corrente da ligação em série com controlador:_________amperes. 
23) Verifique se a tensão de saída em circuito aberto atende a faixa de entrada do 
conversor CC/CC, mas