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https://bia.ifpi.edu.br/jspui/handle/123456789/5450| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Desenvolvimento de um sistema integrado de gestão térmica para obtenção de hidrogênio via eletrólise alcalina sob pressão reduzida |
| Título(s) alternativo(s): | Development of an integrated thermal management system for obtaining hydrogen via alkaline electrolysis under reduced pressure. |
| Autor: | Damasceno, Paulo Henrique Rodrigues |
| Orientador(a): | Paz, Gilvan Moreira da |
| metadata.dc.contributor.referee1: | Santos, Hudson Chagas dos |
| metadata.dc.contributor.referee2: | Leitão, Antonio Bruno de Vasconcelos |
| 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. |
| 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. |
| Palavras-chave: | Hidrogênio Eficiência termodinâmica Reaproveitamento entálpico Eletrólise otimizada |
| Cnpq: | CNPQ::ENGENHARIAS |
| metadata.dc.language: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí |
| Sigla: | IFPI |
| Unidade: | Campus Teresina Central |
| metadata.dc.publisher.program: | PPGEM |
| Citação: | 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. |
| Tipo de acesso: | Acesso Embargado |
| URI: | https://bia.ifpi.edu.br/jspui/handle/123456789/5450 |
| Data do documento: | 2025 |
| Aparece nas coleções: | Mestrado em Engenharia dos Materiais - Teresina Central |
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