Proposta de sistema de eletrólise para produção de gás HHO com controle simplificado no contexto da hibridização veicular

dc.contributor.advisorSoares, Antonio Wallace Antunes
dc.contributor.advisor-co1Cândido, Crisluci Karina Souza Santos
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0002-8877-2464pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4918786470731375pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3905527295400010pt_BR
dc.contributor.authorSilva, Matheus Leal
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4096951389878320pt_BR
dc.contributor.referees1Pimentel Filho, Max Chianca
dc.contributor.referees2Deus, Michel Santana de
dc.contributor.referees3Rocha, Thiago de Oliveira Alves
dc.date.accessioned2024-12-09T23:47:02Z
dc.date.available2024-12-09T23:47:02Z
dc.date.issued2024-10-07
dc.description.abstractThe hydrogen economy has garnered increasing attention in recent years, becoming an integral component of global energy vector electrification strategies and industrial decarbonization efforts (energy transition). Consequently, rather than concentrating on hydrogen production from greenhouse gas-emitting sources, as is currently practiced (referred to as gray hydrogen), there is a growing trend towards future production through pollutant capture in the steam reforming process (blue hydrogen) and also through electrolysis using electricity derived from renewable sources (green hydrogen). In the context of this proposed economy, various applications can be implemented, both stationary (such as heat production) and for mobility purposes, utilizing hydrogen for vehicle propulsion. Concerning the latter, two prominent research avenues have emerged: the first involves the use of hydrogen in fuel cells to power an electric motor (electromobility); or alternatively, as a fuel in internal combustion engines specifically designed for this purpose. Despite the availability of commercial models utilizing these technologies, both approaches currently lack effective industrial scalability. An intermediate alternative in the short and medium term is the utilization of hydrogen, specifically the gaseous combination of Hydrogen (H2) and Oxygen (O2) in the form of oxyhydrogen or HHO gas, in conjunction with conventional fuels—known as Vehicle Hybridization. This field of HHO hybridization necessitates comprehensive studies concerning technical, economic, and environmental feasibility, including the development of models, simulations, and embedded prototypes. According of these considerations, this work proposes the development of a prototype-level electrolysis plant with a simplified closed-loop control system for the production of HHO gas, aiming to contribute to future research and the design of novel HHO hybrid systems for conventional vehicles. The electrolysis plant will be based on supplying electrical power to the input of the electrolyzer (the device responsible for dissociating water molecules into hydrogen and oxygen) and capturing the gas produced at the system’s output. Process control will be managed by the ESP-32 microcontroller, which will implement Proportional-Integral actions through monitoring the controlled variable (HHO gas production rate) via a specific sensor. Flow rates will be adjusted using an H-bridge controlled by Pulse Width Modulation (the manipulated variable), which will serve to modulate the continuous current and voltage supplied to the system.pt_BR
dc.description.resumoA economia do hidrogênio tem ganhado notoriedade nos últimos anos, sendo parte integrante das propostas de eletrificação dos vetores energéticos da economia de forma global e da descarbonização da indústria (transição energética). Dessa forma, ao invés de focar na produção do Hidrogênio através de fontes emissoras de gases do efeito estufa, como ocorre atualmente (o chamado Hidrogênio cinza), observa-se a tendência desta produção ocorrer, futuramente, através da captura de poluentes no processo de reforma a vapor (hidrogênio azul) e também através da eletrólise utilizando energia elétrica proveniente de matriz renovável (hidrogênio verde). Ainda no contexto dessa economia proposta, diversas aplicações podem ser implementadas, tanto de forma estacionária (produção de calor por exemplo), como para fins de mobilidade, utilizando o hidrogênio para a locomoção de veículos. Em se tratando deste último, há duas vertentes de pesquisa que tem ganhado destaque: a primeira é a aplicação do hidrogênio em células à combustível para a alimentação de uma motor elétrico (eletromobilidade); ou efetivamente como combustível em motores à combustão internada projetados para este fim. Apesar da existência de modelos comerciais com estas tecnologias, ambos os tipos ainda não possuem efetiva escalabilidade industrial. Uma alternativa intermediária no curto e médio prazo, é a utilização do hidrogênio, mais precisamente, a combinação gasosa do Hidrogênio (H2) com oxigênio (O2) na forma do gás hidroxi ou gás HHO, em conjunto com os combustíveis convencionais: a chamada Hibridização Veicular. Este campo da hibridização à HHO requer estudos aprofundados de relacionados à viabilidade técnica, econômica e ambiental, com necessidade de construção de modelos, simulações e protótipos embarcados. Em vista disso, o presente trabalho propõe a montagem de uma planta de eletrólise à nível de protótipo com um sistema de controle simplificado em malha fechada para a produção do gás HHO, de forma que possa contribuir com pesquisas e concepções futuras de novos sistemas híbridos de HHO para veículo convencionais. A planta de eletrólise é baseada na alimentação elétrica da entrada dos eletrolisador (dispositivo responsável por separar a molécula da água em hidrogênio e oxigênio) e captação do gás produzido na saída do sistema. O controle do processo, por sua vez, é baseado no microcontrolador ESP-32, ocorrendo as ações Proporcional-Integral com a leitura da variável controlada (taxa de produção do gás HHO) através de sensor específico, com valores de vazão sendo ajustados a partir de uma ponte H controlada por Modulação por Largura de Pulso (variável manipulada), que terá a função de aumentar ou abaixar a corrente e tensão contínua de entrada do sistema.pt_BR
dc.identifier.citationSILVA, Matheus Leal. Proposta de sistema de eletrólise para produção de gás HHO com controle simplificado no contexto da hibridização veicular. Orientador: Dr. Antônio Wallace Antunes Soares. 2024. 103f. Dissertação (Mestrado Profissional em Energia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/60806
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENERGIA ELÉTRICApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectEconomia do Hidrogêniopt_BR
dc.subjectGás Hidróxipt_BR
dc.subjectControle proporcional e integralpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIASpt_BR
dc.titleProposta de sistema de eletrólise para produção de gás HHO com controle simplificado no contexto da hibridização veicularpt_BR
dc.typemasterThesispt_BR

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