Desenvolvimento de um sistema integrado de gestão térmica para obtenção de hidrogênio via eletrólise alcalina sob pressão reduzida

dc.contributor.advisor1 Paz, Gilvan Moreira da
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/2445265199339536pt_BR
dc.contributor.referee1 Santos, Hudson Chagas dos
dc.contributor.referee1Lattes http://lattes.cnpq.br/0771979615612599pt_BR
dc.contributor.referee2 Leitão, Antonio Bruno de Vasconcelos
dc.contributor.referee2Lattes http://lattes.cnpq.br/5567801490506745pt_BR
dc.creator Damasceno, Paulo Henrique Rodrigues
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/0492403400676290pt_BR
dc.date.accessioned 2026-03-30T13:03:43Z
dc.date.available 2026-03-30T13:03:43Z
dc.date.issued 2025
dc.description.abstract The growing demand for sustainable energy alternatives makes hydrogen a strategic vector in the decarbonization of industrial and transportation sectors. This dissertation proposes the development of an integrated system for thermal management and enthalpy recovery of hydrogen generated by alkaline electrolysis under reduced pressure. The system is composed of counterflow tube-in-tube heat exchangers, a Venturi injector, and Peltier modules, modeled using finite differences and empirical correlations. The proposal aims to reduce energy consumption through preheating of the electrolytic fluid (50–80 °C) and cooling of hydrogen, which contributes to lowering the reversible voltage, reducing overpotentials, and increasing overall process efficiency. The modeling was implemented in the Python programming language, considering variables such as temperatures, flow rates, geometries, and fluid properties. The hydrogen production rate was obtained based on Faraday’s Law, and the system performance was evaluated by metrics such as reversible voltage, overpotentials, and specific energy consumption. The simulation demonstrated that thermal integration with enthalpy recovery of the electrolytic fluid significantly improves system efficiency at the beginning of the process, reducing specific consumption and increasing the hydrogen production rate. The system proved effective for both heating and cooling, validating the selection of Peltier modules and the configuration of heat exchangers. The results indicate that the approach is functional and replicable, with potential for extension to other geometries and industrial applications. The enthalpy recovery strategy represents a relevant contribution to the advancement of clean hydrogen generation technologies.pt_BR
dc.description.resumo A crescente demanda por alternativas energéticas sustentáveis torna o hidrogênio um vetor estratégico na descarbonização de setores industriais e de transporte. Esta dissertação propõe o desenvolvimento de um sistema integrado de gestão térmica e reaproveitamento entálpico do hidrogênio gerado por eletrólise alcalina sob pressão reduzida. O sistema é composto por trocadores de calor duplo tubo em contrafluxo, um injetor Venturi e pastilhas Peltier, modelados por diferenças finitas e correlações empíricas. A proposta visa reduzir o consumo energético por meio do pré-aquecimento do fluido eletrolítico (50–80 °C) e o resfriamento do hidrogênio, o que contribui para diminuir a tensão reversível, os sobrepotenciais e aumentar a eficiência global do processo. A modelagem foi implementada em linguagem de programação Python, considerando variáveis como temperaturas, vazões, geometrias e propriedades dos fluidos. A taxa de produção de hidrogênio foi obtida com base na Lei de Faraday, e o desempenho do sistema foi avaliado por métricas como tensão reversível, sobrepotenciais e o consumo específico de energia. A simulação demonstrou que a integração térmica com o reaproveitamento da entalpia do fluido eletrolítico melhora significativamente a eficiência do sistema no início do processo, reduzindo o consumo específico e elevando a taxa de produção de hidrogênio. O sistema se mostrou eficaz tanto em aquecimento quanto em resfriamento, validando a seleção das pastilhas Peltier e a configuração dos trocadores de calor. Os resultados indicam que a abordagem é funcional e replicável, com potencial para extensão a outras geometrias e aplicações industriais. A estratégia de reaproveitamento entálpico representa uma contribuição relevante para o avanço de tecnologias limpas de geração de hidrogênio.pt_BR
dc.identifier.citation DAMASCENO, Paulo Henrique Rodrigues. Desenvolvimento de um sistema integrado de gestão térmica para obtenção de hidrogênio via eletrólise alcalina sob pressão reduzida. Orientador: Gilvan Moreira da Paz. 2025. 121 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí, Campus Teresina Central, 2025.pt_BR
dc.identifier.uri https://bia.ifpi.edu.br/jspui/handle/123456789/5450
dc.language porpt_BR
dc.publisher Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauípt_BR
dc.publisher.country Brasilpt_BR
dc.publisher.department Campus Teresina Centralpt_BR
dc.publisher.initials IFPIpt_BR
dc.publisher.program PPGEMpt_BR
dc.rights Acesso Embargadopt_BR
dc.subject Hidrogêniopt_BR
dc.subject Eficiência termodinâmicapt_BR
dc.subject Reaproveitamento entálpicopt_BR
dc.subject Eletrólise otimizadapt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::ENGENHARIASpt_BR
dc.title Desenvolvimento de um sistema integrado de gestão térmica para obtenção de hidrogênio via eletrólise alcalina sob pressão reduzidapt_BR
dc.title.alternative Development of an integrated thermal management system for obtaining hydrogen via alkaline electrolysis under reduced pressure.pt_BR
dc.type Dissertaçãopt_BR

Files

Original bundle

Now showing 1 - 2 of 2
Loading...
Thumbnail Image
Name:
2025_dis_phrdamasceno.pdf
Size:
9.08 MB
Format:
Description:
Loading...
Thumbnail Image
Name:
2025_termo_phrdamasceno.pdf
Size:
244.77 KB
Format:
Description:

License bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
license.txt
Size:
1.82 KB
Format:
Item-specific license agreed upon to submission
Description: