Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-14T21:37:10Z No. of bitstreams: 1 NATÁLIA DE OLIVEIRA SANTIAGO - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2015..pdf: 2885726 bytes, checksum: 42752aa08c69c959e3a3f1367b0e8e7a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-14T21:37:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NATÁLIA DE OLIVEIRA SANTIAGO - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2015..pdf: 2885726 bytes, checksum: 42752aa08c69c959e3a3f1367b0e8e7a (MD5) Previous issue date: 2015 / Capes / O uso desenfreado de combustíveis fósseis tem causado problemas climáticos graves em todo o planeta, tais como o aquecimento global e a poluição do ar. Além de seus efeitos negativos perante a natureza, estes acarretam custos cada vez maiores de energia, devido à disponibilidade cada vez menor de reservas de petróleo, de produção e de fornecimento. Nesse contexto o hidrogênio vem a ser um vetor energético, devido a principalmente à sua alta eficiência de conversão, reciclagem e natureza não-poluente. É um combustível que não se encontra na natureza, mas ele pode ser facilmente produzido. Este trabalho apresenta a produção do hidrogênio através da eletrólise da água em meio alcalino (hidróxido de potássio, KOH) num reator de tipo bipolar usando eletrodos de espuma de níquel. A avaliação do reator eletrolítico, constituído de uma célula unitária, foi realizada pelo método estatístico de superfície de resposta visando a otimização dos experimentos através de dois planejamentos com duas variáveis dependentes: a tensão aplicada e a concentração em porcentagem de massa do KOH. A resposta é dada na forma de fluxo de hidrogênio (L/h) com o intuito de analisar o comportamento do reator em diferentes situações. A partir dos parâmetros analisados, foi encontrado o ponto ótimo de funcionamento do reator, obtido com uma concentração de 16,6% em massa de KOH e uma tensão aplicada de 2,6 V, produzindo 0,841 L/h de H2, valor máximo obtido para ambos planejamentos. / The society development is associated to the increasing use of fossil fuels, creating serious climatic problems such as global warning and air pollution. The ecological disasters, like floods and droughts, are a consequence of the increasing release of CO2 and other greenhouse gases. Besides these environmental problems, the costs relied to the extraction, production and supply of oil, are increasing due to its availability. Changes are necessary to control this situation and a way out is the use of another fuel in order to guarantee sustainability. This fuel of the future can be hydrogen, mainly due to its high conversion efficiency, recycling and non-polluting nature. It is particularly attractive as a promising substitute of the fossil fuels. This work presents the production of hydrogen by alkaline water electrolysis (potassium hydroxide, KOH) using nickel foam based electrodes. The evaluation of the electrolytic reactor, consisting of a unit cell, was performed by the statistical method of response surface experiments through two plans with two dependent variables: applied tension and KOH concentration. The response is the hydrogen flow (L/h) in order to analyze the reactor behavior in different situations. The optimum point of the reactor operation for both schedules was obtained with a concentration of 16,6% KOH and an applied voltage of 2.6 V, producing 0,841 L/h of H2.

[pt] Neste trabalho, busca-se atender a demanda energética de grandes clientes através de um sistema híbrido de energias renováveis (HSRE, em inglês), com o mínimo custo e diminuindo as emissões de poluentes. O sistema é construído a partir do uso de células fotovoltaicas, células a combustível e chillers elétricos. Quatro tipos de célula a combustível são testadas e avaliadas quanto a viabilidade: PAFC (ácido fosfórico), SOFC (sólido óxido), MCFC (carbonato fundido) e PEMFC (membrana trocadora de prótons). Para o caso da última, geradores de hidrogênio são simulados para suprir a demanda. Os resultados são comparados com o caso base, de toda a demanda sendo atendida pela concessionária de energia elétrica local. Varia-se o custo de aquisição e instalação dos equipamentos, o custo de aquisição de gás natural e o custo da energia elétrica, além da variação da demanda e de simular o cliente em diferentes cidades. A demanda hipotética é calculada a partir de valores de iluminâncias segundo normas técnicas para cada sala de um laboratório em construção em Xerém, no Rio de Janeiro. A simulação indica como resultado a viabilidade econômica de abastecimento pelo sistema híbrido, com geradores do tipo PAFC, SOFC e MCFC. A alta demanda de hidrogênio, juntamente com o custo atual para geração do mesmo inviabiliza o retorno com uso de células PEMFC. / [en] In this work, we seek to meet the energy demand of large customers through a hybrid system of renewable energy (HRSE), with minimal cost and reducing emissions. The system is built from the use of photovoltaic cells, fuel cells and electric chillers. 4 fuel cell types are tested and evaluated for viability: PAFC (phosphoric acid) SOFC (solid oxide), MCFC (molten carbonate) and PEMFC (proton exchange membrane). In the case of the latter, hydrogen generators are simulated to meet demand. The results are compared with the base case, that includes all the demand being met by the local power company. The cost of purchase and installation of equipment, the cost of acquisition of natural gas and the cost of electricity, as well as the demand variation and simulate the client in different cities are analyzed under different values. The hypothetical demand is calculated from illuminance values according to technical standards for each room of a laboratory under construction in Xerém, in Rio de Janeiro. The simulation result shows the economic viability supply the hybrid system The high demand for hydrogen with the current cost for generating the same prevents the payback form PEMFC fuel cells.