Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema trifásico para a carga rápida de baterias de veículos elétricos, com elevado fator de potência, isolação em alta frequência e reduzidos esforços de corrente. O sistema proposto baseia-se em uma estrutura de estágio único, integrando a etapa retificadora trifásica com um conversor CC–CC isolado em alta frequência. Esta estrutura utiliza dois conjuntos de retificadores bidirecionais trifásicos de dois níveis operando com controle da defasagem entre eles. São inseridos transformadores de alta frequência entre os braços de comutação, no total de três transformadores e um retificador e um indutor de filtro na saída. Esta estrutura permite a utilização da modulação PWM clássica para o controle das correntes de entrada, com elevado fator de potência, além de controlar a tensão do barramento primário. O controle do ângulo de defasagem entre os dois módulos retificadores permite controlar o fluxo de potência entre o barramento primário e o secundário, possibilitando o controle independente da corrente de saída do conversor. A operação integrada dos módulos retificadores e transformadores de alta frequência, permite obter algumas características importantes como redução das ondulações de corrente de entrada e de saída devido a operação multifase dos retificadores, divisão dos esforços de corrente entre os semicondutores, entre os indutores de entrada e divisão da potência nos transformadores de alta frequência (importantes para a operação em alta potência), um único estágio de processamento de energia com controles independentes das correntes de entrada e saída, operação com comutação suave na maioria dos interruptores e possibilidade de operação bidirecional entre a rede e outra fonte CC, tais como painéis fotovoltaicos, permitindo a redução do impacto dos sistemas de carga rápida no sistema elétrico, e também possibilitando a injeção de energia em períodos ociosos. O trabalho apresenta a análise da topologia, projeto e implementação de um protótipo de 10 kW para a carga rápida de baterias. / This work presents the development of a three-phase system for fast charging electric vehicle batteries, with high power factor, insulation at high frequency and low current stresses. The proposed system is based on a single-stage structure, by integrating the three-phase rectifier stage with a DC–DC converter isolated at high frequency. The proposed structure is based on the use of two sets of two levels bidirectional three-phase rectifiers operating with phase shift control between them. High–frequency transformer are inserted between the arms of each switching set, for a total of three transformers and a rectifier and a filter inductor on the output. This structure allows the use of classical PWM to control the input currents, obtaining high power factor, besides controlling the voltage of the primary bus. The phase shift control angle between the two rectifier modules allows to control the flow of power between the primary and the secondary bus, allowing independent control of the output current. The integrated operation of rectifier modules and high frequency transformers, allow to obtain some important operating characteristics such as reducted input current ripple and output by multi-phase operation of the rectifiers, division of the current efforts of the semiconductor between the input inductors and power division in the high-frequency transformers (important for operation with high power), single power processing stage with independent control of input and output currents, soft switching operation on most switches and possibility of bidirectional operation between the power grid and other DC source, such as photovoltaic panels, allowing the reduction of the impact of fast charge systems in the electrical system, and also enabling injection of energy in idle periods. his work presents the analysis of the topology, design and implementation of a 10 kW prototype for the fast charging batteries.

Transmissão de energia sem fio através de indução magnética ressonante foi primeiramente apresentada por Nikola Tesla há mais de um século, mas as limitações tecnológicas da época não possibilitaram sua imediata aplicação. Somente ao final do século XX que sistemas comerciais baseados nesta técnica puderam ser implementados. Atualmente é a tecnologia que se mostra mais adequada para transferência de energia para equipamentos móveis portáteis, como smartphones e tablets. Também hoje é a única tecnologia disponível que permite o desenvolvimento de veículos elétricos energizados dinamicamente, isto é, enquanto em movimento. Nesta técnica de transmissão de energia sem fio, independentemente do nível de complexidade da aplicação, a passagem da energia entre lado da transmissão e recepção se dá por meio de um enlace eletromagnético formado por bobinas ressonantes. Várias configurações de bobinas podem ser usadas na construção deste enlace. Neste trabalho será estudado um sistema baseado em um enlace composto por três bobinas montadas em alinhamento axial. O desempenho do sistema será avaliado em termos da potência entregue à carga, eficiência da transmissão de energia e alcance do enlace. Os resultados do sistema de três bobinas serão comparados aos resultados de um sistema composto por duas bobinas operando sob condições semelhantes. A comparação deixa clara a maior flexibilidade do sistema de três bobinas, que se mostra capaz de operar em uma faixa mais ampla de valores de eficiência e potência que o sistema de duas bobinas. Serão definidas as condições limites que permitam ao sistema de três bobinas operar com maior eficiência, maior potência entregue à carga ou maior alcance de enlace que aqueles obtidos com um sistema de duas bobinas. Serão também apresentados resultados reais que mostram, para condições específicas de operação, uma potência entregue à carga quase duas vezes maior que aquela possível com o sistema de duas bobinas e, ao mesmo tempo, uma eficiência praticamente três vezes maior. / Wireless power transfer through magnetic induction was first presented by Nikola Testla a century ago but, technical limitations did not let its immediate application at that time. It was only late of XX Century that commercial systems based on this technology could be offered. Nowadays this technology is considered the most appropriated to be used with portable devices like smartphones, tablets and so on. Additionally, it is the only technology available for dynamic charging of electric vehicles. In other words, charging while they are moving. In this kind of wireless power transfer technology, the energy transfer from the transmitter to the receiver is made through an electromagnetic link created by resonant coils. Several coils configurations can be used to implement the link. This work will focus on a system with three-coils assembled on axial alignment. The system performance will be evaluated in terms of power delivered to the load, efficiency and link distance. The three-coil system results will be compared with two-coil system results working under same operational conditions. That comparison points out the greater flexibility of three-coil system. This kind of system shows to be capable to function over a wider range of efficiency and power delivered to the load, which is not possible to the first one. Moreover, conditions under which the three-coil system shows to be more efficient, or able to deliver greater power to the load than two-coil system, will be discussed. Real data will be presented, as a case of a specific point of operation, in which the power delivered to the load is almost two times higher and efficiency is almost three times greater than the ones verified when using a two-coil system.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema trifásico para a carga rápida de baterias de veículos elétricos, com elevado fator de potência, isolação em alta frequência e reduzidos esforços de corrente. O sistema proposto baseia-se em uma estrutura de estágio único, integrando a etapa retificadora trifásica com um conversor CC–CC isolado em alta frequência. Esta estrutura utiliza dois conjuntos de retificadores bidirecionais trifásicos de dois níveis operando com controle da defasagem entre eles. São inseridos transformadores de alta frequência entre os braços de comutação, no total de três transformadores e um retificador e um indutor de filtro na saída. Esta estrutura permite a utilização da modulação PWM clássica para o controle das correntes de entrada, com elevado fator de potência, além de controlar a tensão do barramento primário. O controle do ângulo de defasagem entre os dois módulos retificadores permite controlar o fluxo de potência entre o barramento primário e o secundário, possibilitando o controle independente da corrente de saída do conversor. A operação integrada dos módulos retificadores e transformadores de alta frequência, permite obter algumas características importantes como redução das ondulações de corrente de entrada e de saída devido a operação multifase dos retificadores, divisão dos esforços de corrente entre os semicondutores, entre os indutores de entrada e divisão da potência nos transformadores de alta frequência (importantes para a operação em alta potência), um único estágio de processamento de energia com controles independentes das correntes de entrada e saída, operação com comutação suave na maioria dos interruptores e possibilidade de operação bidirecional entre a rede e outra fonte CC, tais como painéis fotovoltaicos, permitindo a redução do impacto dos sistemas de carga rápida no sistema elétrico, e também possibilitando a injeção de energia em períodos ociosos. O trabalho apresenta a análise da topologia, projeto e implementação de um protótipo de 10 kW para a carga rápida de baterias. / This work presents the development of a three-phase system for fast charging electric vehicle batteries, with high power factor, insulation at high frequency and low current stresses. The proposed system is based on a single-stage structure, by integrating the three-phase rectifier stage with a DC–DC converter isolated at high frequency. The proposed structure is based on the use of two sets of two levels bidirectional three-phase rectifiers operating with phase shift control between them. High–frequency transformer are inserted between the arms of each switching set, for a total of three transformers and a rectifier and a filter inductor on the output. This structure allows the use of classical PWM to control the input currents, obtaining high power factor, besides controlling the voltage of the primary bus. The phase shift control angle between the two rectifier modules allows to control the flow of power between the primary and the secondary bus, allowing independent control of the output current. The integrated operation of rectifier modules and high frequency transformers, allow to obtain some important operating characteristics such as reducted input current ripple and output by multi-phase operation of the rectifiers, division of the current efforts of the semiconductor between the input inductors and power division in the high-frequency transformers (important for operation with high power), single power processing stage with independent control of input and output currents, soft switching operation on most switches and possibility of bidirectional operation between the power grid and other DC source, such as photovoltaic panels, allowing the reduction of the impact of fast charge systems in the electrical system, and also enabling injection of energy in idle periods. his work presents the analysis of the topology, design and implementation of a 10 kW prototype for the fast charging batteries.

The present work proposes a methodology to define the electric propulsion system for PSVs. This methodology was applied to a case study: the conceptual design of a PSV for operation at the pre-salt fields at Santos basin. First, four different alternatives of electric propulsion systems for the PSV are presented and sized. The first one has induction motors as main propulsion motors, the second one has synchronous motors as main propulsion motors; the third and fourth alternatives are the same as the first and second, respectively, with a batteries bank connected to the main switchboard. Each of the four arrangements was contemplated with two options for Diesel generators: high speed and medium speed generator sets. The mass, volume, fuel consumption, exhaust gases emissions and reference capital costs for each arrangement are estimated and analyzed. Moreover, an economic analysis through the Net Present Value (NPV) is performed. The methodology ends with the Analytic Hierarchy Process (AHP) to support the decision making procedure. Some of the parameters obtained for each arrangement (mass, volume, fuel consumption, exhaust gases and NPV) are used as criteria and sub-criteria for selection. Two scenarios are evaluated, the first scenario gives more importance to the financial component of the design; the second scenario sets the exhaust gases emissions as the more significant parameter. The results were different, the arrangements 1 and 2 with medium speed Diesel generator sets appear as the most suitable option from the economical point of view; whereas the arrangements with batteries and high speed Diesel gensets are the best options to reduce the exhaust emissions. / O presente trabalho propôs uma metodologia para definir o sistema de propulsão elétrica para PSVs. A metodologia foi aplicada para um caso estudo: o projeto conceitual de um PSV para operar nos campos do pré-sal na Bacia de Santos. Primeiramente, as quatro diferentes alternativas de sistemas de propulsão elétrica para PSV são apresentadas e dimensionadas. A primeira alternativa tem motores de indução como motores de propulsão principal, a segunda alternativa tem motores síncronos como motores de propulsão principal; a terceira e quarta alternativas são as mesmas que a primeira e a segunda, respectivamente, com um banco de baterias conectado ao quadro principal. Cada um dos quatro arranjos foi considerado com duas opções para Diesel geradores: Diesel geradores de alta e média rotação. A massa, volumem, consumo de combustível, emissão de gases e os custos capitais de referência para cada arranjo são estimados e analisados. Adicionalmente, uma análise económica usando o Valor Presente Líquido (VPL) é feita. A metodologia finaliza com o Analytic Hierarchy Process (AHP) para apoiar o processo de escolha de alternativa. Alguns dos parâmetros obtidos para cada arranjo (massa, volumem, consumo de combustível, gases poluentes e o VPL) são utilizados como critérios de seleção. Dois cenários são avaliados, o primeiro cenário dá maior importância à parte financeira do projeto, o segundo cenário estabelece as emissões de gases poluentes como o parâmetro mais significativo. Os resultados foram diferentes, os arranjos 1 e 2 com Diesel geradores de média rotação se apresentam como a opção mais adequada desde o ponto de vista econômico; enquanto os arranjos com baterias e Diesel geradores de alta rotação são a melhor opção para reduzir as emissões de gases poluentes.

This paper presents the study and development of a topology of nonisolated converter operating at high frequency, which is suitable for the integration of battery banks, photovoltaic panels, and a high voltage dc link in a single conversion stage. The topology is based on the bidirectional version of the three-state switching cell and is recommended for battery charging, while a 200V dc link can be obtained in a single conversion stage using photovoltaic (PV) panels. The presented converter is able to supply a 200V dc link using a battery bank and a PV array and, depending on the solar irradiance level, it is also possible to charge the batteries by using a single conversion stage. Moreover, all the switches of the converter are able to operate under zero voltage switching (ZVS) condition over a wide operation range. The experimental results are obtained from a 500W laboratory prototype, which has been developed and tested in three situations: energy flow from the battery bank to the load, energy flow from the PV panel to the load; and energy flow from the panel to the battery bank, achieving the efficiency of 94,18%, 96,09% e 94,67% respectively. The high gain afforded by this topology and the excellent performance obtained in all operations mode, shows as a solution where the requirement of increasing the voltage to 200V or 400V from low input voltage energy sources, typically 12V, 24V or 48V, provided by batteries, solar panels or others sources of energy, for Uninterruptable Power Supply (UPS), or a DC link, for example. / Este trabalho tem por escopo apresentar o estudo e desenvolvimento de um conversor CC-CC nÃo isolado de trÃs portas, adequado à integraÃÃo em um Ãnico estÃgio de conversÃo: um banco de baterias, um conjunto de painÃis fotovoltaicos e o link CC. A topologia proposta apresenta um conversor boost de alto ganho baseado na versÃo bidirecional da cÃlula de comutaÃÃo de trÃs estados na qual se tem integrado um banco de baterias e um conjunto de painÃis fotovoltaicos com capacidade para gerar um barramento CC de 200V em um Ãnico estÃgio de processamento. A caracterÃstica bidirecional da topologia permite aos painÃis fotovoltaicos carregar as bateiras e alimentar a carga dependendo da incidÃncia solar. No caso de ausÃncia de sol, o banco de baterias supre a carga. Outra importante caracterÃstica deste conversor à a comutaÃÃo suave em modo ZVS para todas as chaves. Foi desenvolvido um protÃtipo experimental com potÃncia nominal de 500W de forma a validar todo o embasamento teÃrico e de simulaÃÃo apresentados. O conversor desenvolvido foi submetido a trÃs condiÃÃes: o fluxo de energia da bateria para a carga, do painel fotovoltaico para a carga e do painel para o banco de baterias, sendo obtido o rendimento de 94,18%, 96,09% e 94,67% respectivamente para cada condiÃÃo. AlÃm disso, as formas de ondas experimentais e de simulaÃÃo para cada condiÃÃo e o comparativo de rendimento de topologias, tambÃm sÃo apresentados. O alto ganho e o rendimento alcanÃado nesta topologia, a torna uma forte soluÃÃo quando hà necessidade de elevar a tensÃo a partir de baterias ou painÃis fotovoltaicos, quando os valores fornecidos por estes geralmente sÃo de 12V, 24V ou 48V. Ressalte-se que este trabalho contribui cientificamente na Ãrea da eletrÃnica de potÃncia, mais especificamente, no que concerne ao estudo e desenvolvimento de novas topologias de conversores CC-CC nÃo isolados de trÃs portas para aplicaÃÃes em energias renovÃveis.

A obtenção de pentóxido de vanádio mesoporoso, bem como a síntese, caracterização e estudo das propriedades de novos compostos híbridos, formado a partir do xerogel de pentóxido de vanádio e do pentóxido de vanádio mesoporoso, intercalados com espécies convidadas, foram os objetivos desta tese. O interesse nestes materiais, que apresentam uma considerável gama de modificações estruturais e químicas, é devido a possibilidade de arquitetar propriedades específicas e produzir novos materiais visando aplicações em óptica, catálise, dispositivos eletrônicos e sensores. Os compostos híbridos foram obtidos mediante a reação de intercalação utilizando espécies diretivas estruturais, como cloreto de cetilpiridínio, e materiais poliméricos, como óxido de polietileno e poli o-metoxianilina, introduzidos no interior do óxido em questão. O método de síntese é simples e relativamente rápido, uma vez que os materiais são obtidos em, no máximo, 10 dias, além de não ser necessário o monitoramento durante o período de preparação e secagem. Os resultados experimentais apontaram que houve uma expansão interplanar, bem como, as propriedades eletroquímicas dos compósitos apresentaram uma maior estabilidade de após vários ciclos quando comparados ao xerogel de pentóxido de vanádio, indicando uma reação de intercalação. Uma outra etapa deste trabalho foi à obtenção de óxido de vanádio mesoporoso. A formação de mesoporos foi confirmada pelas isotermas de adsorção/desorção. Em seguida, foi realizada a reação de intercalação com a introdução de óxido de polietileno e poli o-metoxianilina. A reação de intercalação utilizando esses polímeros na matriz mesoporosa proporcionou o aumento da mobilidade de íons lítio bem como um aumento na carga total, durante a reação redox, resultando num efeito sinérgico. Neste contexto, pode-se afirmar que, o método empregado mostrou-se extremamente atrativo devido a sua simplicidade de realização, além de possibilitar a obtenção de materiais com potencial aplicação como dispositivos eletroquímicos, baterias, e sensores químicos. / Synthesis, characterization of vanadium pentoxide mesoporous and studies of properties of hybrids compound based on vanadium oxide xerogel and vanadium pentoxide mesoporous, intercalated with guest species have been the main of this thesis. The interest in those materials, that present a considerable structural and chemical modification, is due to the possibility to tailor specific properties and produce new materials to application in optic, catalysis, electronic displays and sensors. The hybrid compounds were obtained from intercalation reaction utilizing templates agent such cetylpyridinium chloride and polymerics species such polyethylene oxide and poly o-methoxyaniline into the oxide. The synthesis is simple and relatively fast, and those materials are obtained, in a maximum, 10 days, even though it is not necessary the monitoring during the preparation and dry. The experimental results show an increase of interplanar, as well as, electrochemical properties of composites presented a better stability after several cycles as compared to vanadium pentoxide xerogel, indicating an intercalation reaction. Another stage of this work was to obtain the mesoporous vanadium pentoxide. The presence of porous was confirmed by adsorption isothermal method. Afterwards, it was realized the intercalation reaction with the polyethylene oxide and poly o-methoxyaniline into the matrix. The intercalation reaction using polymers into the porous matrix resulted an increase of Li+ ions mobility as well as an increase of total charge during the redox reaction resulting a synergic effect. In this context, it can be state that, the method used showed extremely attractive due to its simple synthesis, as well as it has the possibility of obtain materials with potential application such electrochemical displays, batteries and chemical sensors.

Neste trabalho avaliou-se a ação positiva da substituição de lantânio por praseodímio e de lantânio por magnésio na performance eletroquímica de eletrodos de ligas de armazenamento de hidrogênio em estado bruto de fusão e com tratamento térmico. O La foi substituído por Mg nas ligas La0,7-xMgxPr0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 (x=0,0-0,7) e por Pr nas ligas La0,7-yPryMg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 (y=0,0-0,7). Os parâmetros eletroquímicos analisados foram ativação, capacidade de descarga, retenção da capacidade de descarga, autodescarga e alta taxa de descarga. As ligas apresentaram comportamento passivo em relação à corrosão. As análises por MEV/EDS e por DRX com refinamento por Rietveld revelaram a presença majoritária de fases similares às fases LaNi5, PrNi5, LaMg2Ni9 e PrMg2Ni9 em função das composições das ligas estudadas. Os parâmetros de rede e os volumes da célula unitária das fases diminuíram com a substituição crescente de La por Mg e de La por Pr. As capacidades de descarga máxima decresceram com a substituição crescente de La por Mg e de La por Pr, acompanhando o decréscimo da abundância da fase similar à fase LaNi5 e o aumento da abundância da fase similar à fase LaMg2Ni9. Comparativamente, menores taxas de autodescarga e maior estabilidade cíclica foram observadas para o eletrodo da liga na condição x=0,1, ao passo que o eletrodo da liga na condição y=0,0 apresentou maiores valores de alta taxa de descarga, indicando melhor performance cinética. / In this work, the positive action of the substitution of lanthanum by praseodymium and lanthanum by magnesium in the electrochemical performance of the as-cast and annealed hydrogen storage alloys electrodes had been evaluated. La was replaced by Mg in La0.7-xMgxPr0.3Al0.3Mn0.4Co0.5Ni3.8 (x=0.0-0.7) alloys and by Pr in La0.7-yPryMg0.3Al0.3Mn0.4Co0.5Ni3.8 (y=0.0-0.7) alloys. The electrochemical parameters analyzed were activation, discharge capacity, discharge capacity retention, self-discharge rate and high-rate dischargeability. The alloys showed a passive corrosion behavior. The analyses by SEM/EDS and XRD with Rietveld refinement revealed the majority presence of LaNi5, PrNi5, LaMg2Ni9 and PrMg2Ni9 similar reference phases depending on the compositions of the studied alloys. The lattice parameters and cell volumes of the component phases decreased with increasing substitution of La for Mg and with La for Pr. The maximum discharge capacity decreased with increasing substitution of La for Mg and with La for Pr, following the decrease in the abundance of LaNi5 similar phase and the increase in the abundance of to the LaMg2Ni9 similar phase. Lower self-discharge rates were observed for the alloy electrode when x=0.1, while higher high-rate dischargeability for the alloy electrode when y=0.0 indicated better kinetic performance, comparatively.

O Ni(OH)2 é amplamente utilizado como principal componente ativo do eletrodo positivo na maior parte das baterias secundárias como: Ni/Cd, Ni/Zn, Ni/Fe, Ni/H2 e, recentemente na pilhas de Ni/MH. Estes acumuladores possuem variadas aplicações como: satélites geoestacionários, alimetação de recarga de computadores, aparelhos portáteis. Apesar do eletrodo de Ni(OH)2 possuir boa durabilidade, após vários ciclos de oxidação/redução ocorre a transformação do par redox α-Ni(OH)2/β-NiOOH para β-Ni(OH)2/γ-NiOOH o qual ocasiona uma diminuição na capacidade de carga. Por essa razão, é necessário o estudo do efeito de aditivos para estabilização da capacidade de carga no eletrodo. Neste trabalho, hidróxido de cério foi utilizado como aditivo para estabilizar o α-Ni(OH)2. Os resultados obtidos mostram que os íons cério são incorporados no eletrodo estabilizando a fase α-Ni(OH)2 e com isso aumentando a capacidade de carga do mesmo. Nas análises de espectroscopia no IV e Raman foi possível verificar modificações estruturais causadas pela presença de íons Ce3+ na estrutura, principalmente, a partir de 21,33% em mol do aditivo. Nos estudos de ciclagens sucessivas a fase α-Ni(OH)2 foi estabilizada na presença de 21,33% em mol do aditivo uma vez que a capacidade de carga do eletrodo manteve-se constante ao longo de 90 ciclos de oxidação/redução. / Ni(OH)2 is widely used as main active component for positive electrodes for secondary batteries such as Ni/Cd, Ni/Zn, Ni/Fe, Ni/H2 and recently in cell of Ni/MH. These accumulators show certain characteristics and they have several applications, such as: geostationary satellites, recharge feeding of computers, portable devices. Although the electrode of hydroxide of nickel have a good durability, after several oxidaction/reduction cycles, the material suffer modification from α-Ni(OH)2/β-NiOOH to β-Ni(OH)2/γ-NiOOH, decreasing its charge capacity. For this reason, it is necessary to study the role played by some additives for stabilization of charge capacity the electrode. Our results show that the cerium ions are incorporate in the electrode, stabilizing the α-Ni(OH)2 and therefore increasing charge capacity of the electrode. In the IV and Raman Spectroscopy analyses it was possible to verify structural modification caused by the presence of Ce3+ ions in the structure, mainly for 21,33% in mol of the additive. Potentiodynamic cycling experiments have shown that the phase α-Ni(OH)2 was stabilized with 21,33% of additive and the charge capacity of the electrode remains constant throughout 90 oxidation/reduction cycles.

Submitted by Marilene Donadel (marilene.donadel@unioeste.br) on 2018-04-26T20:42:12Z No. of bitstreams: 1 Caroline_Ribeiro_2018.pdf: 4186138 bytes, checksum: e15fcfac07f7fe535fcafad4cba066dd (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-26T20:42:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caroline_Ribeiro_2018.pdf: 4186138 bytes, checksum: e15fcfac07f7fe535fcafad4cba066dd (MD5) Previous issue date: 2018-02-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work focused on the characterization of an effluent of a recycling and recovery industry of automotive batteries and on the feasibility evaluation of different materials, a biosorbent (fish scales - FS), a mineral (dolomite - DL) and a commercial material (cationic resin - CR) combined use in the removal of heavy metals. The studied materials were physico-chemically and morphologically characterized (pHpzc, MEV-EDS, FTIR and XRD) before and after their use in the removal processes in order to understand the structural modifications of the materials. In addition, the elemental composition of the liquid and solid phases after the treatment process were evaluated by TXRF analysis. The effluent presented an extremely acidic characteristic (pH = 1) and the incidence of heavy metals above the legislation discharging limits (Fe, Zn and Pb). Due to the structural characteristics and its respective functional groups, each adsorbent material presented different functional groups and different behavior in solution, which led to different removal and neutralization capacities. The CR presented the highest removal capacity of the metallic ions, mainly governed by an ion exchange process. Whilst the FS and DL presented lower removal capacities following complex simultaneous phenomena such as dissolution, complexation, precipitation and adsorption. On spite of that, the FS and DL presented a great neutralization capacity (i.e. pH elevation of the extremely acidic medium), related to the leaching of its alkaline constituents. By considering the generation of chemical sludge as a key factor in the work, aiming its mitigation and the better quality of the treated effluent, it was verified that the sequential application of these materials in hybrid process could be a promising and feasible alternative, by taking advantage of the particular characteristics of each material both in the neutralization and heavy metals’ removal. In this way, the use of DL, FS and CR in combined hybrid processes was evaluated, initially in batch system. Amongst the evaluated ones, the DL-CR hybrid process, in which the dolomite was used for the effluent neutralization up to pH = 5 followed by CR for the metallic ions removal presented better results. Therefore, the DL-CR hybrid process showed the highest percentages of metal removal (99, 73 and 100%, respectively, for Fe, Zn and Pb), as well as the lowest generation of chemical sludge by the end of the processes. In addition, the pre-neutralization (pH = 5 achieved by the DL) provided greater chemical stability of the CR. Subsequently, the DL-RC hybrid process was employed in fixed bed, evaluating the possibility of adsorption-desorption cycles aiming at the resin reuse and recovery of heavy metals. Different affinities of each metal ions by the RC for the multicomponent system (Pb> Fe> Zn) were identified, which were associated with the properties of each species as radius of hydration, valence and electron affinity. The possibility of the RC use in recycle was verified, in which similar removal capacities to the previous cycle and compatible with the levels of disposal of legislation - in terms of concentration of heavy metals as well as pH - was reached. These results demonstrate the potential of the hybrid treatment process, however, the fixed bed operating conditions such as bed height and volumetric flow still can be optimized in order to maximize mass transfer efficiency in the bed. Therefore, considering that the DL-RC hybrid process was able to overcome the treatment drawbacks of such type of effluent, due to its extremely acidic character and the complex multicomponent composition of heavy metals in solution, the process can be considered viable in technical and operational terms. In general, the cooperative use between DL and RC in hybrid process presents a remarkable potential in the neutralization and treatment of heavy metals from the battery recycling industry. / Este trabalho enfocou na caracterização de um efluente de uma indústria de reciclagem-recuperação de baterias automotivas e na avaliação de viabilidade de utilização combinada de diferentes materiais, um biossorvente (escamas de peixe - ES), um mineral (dolomita - DL) e uma material comercial (resina catiônica - RC) na remoção de metais pesados. Os materiais estudados foram caracterizados físico-química e morfologicamente (pHpzc, MEV-EDS, FTIR e DRX) antes e após sua utilização nos processos de remoção visando compreender as modificações ocorridas na sua estrutura. Além disso, a composição elementar das fases líquida e sólida após o processo de tratamento foram avaliadas por análise TXRF. O efluente apresentou caráter extremamente ácido (pH=1) e presença de metais pesados acima dos limites da legislação de descarte (Fe, Zn e Pb). Devido às características estruturais e seus respectivos grupos funcionais, cada material adsorvente apresentou comportamentos distintos em solução, o que levou a diferentes capacidades de remoção e neutralização. A RC apresentou a maior capacidade de remoção dos íons metálicos, governada majoritariamente por um processo de troca iônica. enquanto que a ES e a DL apresentaram menores capacidades de remoção seguindo fenômenos simultâneos complexos como dissolução, complexação, precipitação e adsorção. Por outro lado, a ES e a DL, apresentaram uma grande capacidade de elevação do pH dos meios extremamente ácidos, relacionado à lixiviação dos seus constituintes alcalinos. Ao considerar a geração de lama química como um fator chave no trabalho, visando sua mitigação e o a melhor qualidade do efluente tratado, verificou-se que a aplicação desses materiais de forma sequencial em processo híbrido poderia ser viável e promissora, considerando as características particulares de cada um desses materiais, tanto na neutralização quanto para remoção de metais pesados. Neste sentido, avaliou-se o uso da DL, ES e RC em processos híbridos combinados em sistema batelada, sendo o processo híbrido DL-RC, o qual empregou a dolomita na neutralização do efluente até o pH = 5 seguido pela RC para remoção dos íons metálicos a combinação que apresentou melhores resultados. O processo híbrido DL-RC apresentou as maiores porcentagens de remoção dos metais (99, 73 e 100%, respectivamente, para Fe, Zn e Pb), bem como a menor geração de lama química ao final dos processos. Além disso, a pré-neutralização (pH = 5 alcançado pela DL) proporcionou uma maior estabilidade química da RC. Posteriormente, empregou-se o processo híbrido DL-RC em leito fixo avaliando-se, ainda, a possibilidade de ciclos de adsorção-dessorção visando a reutilização da resina e recuperação dos metais pesados. Identificou-se diferentes afinidades de cada íon metálico com a RC para o sistema multicomponente (Pb > Fe > Zn), associadas às propriedades de cada espécie como raio de hidratação, valência e eletroafinidade. Verificou-se a possibilidade do uso da RC em reciclo, atingindo-se capacidades de remoção similares ao ciclo anterior e compatíveis com os níveis de descarte de legislação em termos de concentração de metais pesados bem como de pH. Tais resultados evidenciam o potencial do processo híbrido de tratamento, no entanto, as condições operacionais do leito fixo como a altura do leito e vazão volumétrica ainda podem ser otimizadas visando a maximização da eficiência de transferência de massa no leito. Desta forma, considerando-se que o processo híbrido DL-RC foi capaz de contornar a problemática do tratamento de tais efluentes dado seu caráter extremamente ácido e a complexa composição multicomponente de metais pesados em solução o processo pode ser considerado viável em termos técnico-operacionais. No geral, o uso cooperativo entre DL e RC em processo híbrido apresenta notável potencial na neutralização e tratamento de metais pesados provenientes da indústria de reciclagem de baterias.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:52:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao-GuilhermeCarvalhoFarias.pdf: 1837201 bytes, checksum: 75a44efdfd7752087fd597668e388184 (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / This study consists in a comparative analysis of MPPT strategies for low power wind turbines and the development of a control methodology for a battery charging system. The main MPPT strategies in the literature are described and implemented, along with all of their auxiliary control loops. To perform the comparison, a simulation platform is developed. Mathematical modeling of all components in the platform is described, as well as how they relate with each other. This platform allows keeping the system parameters the same for all methods, and modifying only the necessary to implement each of them. The control method for battery charging is presented and analyzed. One of the MPPT strategies described is applied together with this methodology. The methodology of the simulations are performed with switched models to validate the project realized with the developed average models. / Este trabalho consiste na análise comparativa entre métodos MPPT para turbinas eólicas de pequeno porte e desenvolvimento de uma metodologia de controle para um sistema de carregamento de baterias. Os principais métodos de MPPT presentes na literatura são descritos e implementados, juntamente com suas malhas de controle auxiliares. Para realizar a comparação, uma plataforma de simulação é desenvolvida. O modelamento matemático de todos os componentes presentes na plataforma é descrito, bem como a forma como eles se relacionam. Essa plataforma permite manter os parâmetros do sistema iguais para todos os métodos, somente modificando o necessário para implementar cada um deles. A metodologia de controle para carregamento de baterias é apresentada e analisada. Um dos métodos de MPPT descritos é aplicado juntamente à essa metodologia. As simulações da metodologia são realizadas com modelos chaveados, para validar o projeto realizado com os modelos médios levantados.