Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/37960
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisor1Antonella Lombardi Costapt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0382135664206404pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Claubia Pereira Bezerra Limapt_BR
dc.contributor.referee1Rafaella Martins Ribeiro.pt_BR
dc.contributor.referee2Paulo Eduardo Lopes Barbieript_BR
dc.contributor.referee3André Guimarães Ferreirapt_BR
dc.contributor.referee4Ângela Fortini Macedo Ferreirapt_BR
dc.creatorJoão Gabriel de Oliveira Marquespt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/9958204882238983pt_BR
dc.date.accessioned2021-09-09T17:58:15Z-
dc.date.available2021-09-09T17:58:15Z-
dc.date.issued2021-06-18-
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/1843/37960-
dc.description.abstractO hidrogênio (H2) é uma substância com uma ampla gama de aplicações. Ele pode ser obtido de acordo com diferentes processos, incluindo o ciclo termoquímico Na-O-H (sódio-oxigênio-hidrogênio) que quebra moléculas de água por meio de reações químicas cíclicas sustentadas por uma fonte de calor. Nesse contexto, os reatores nucleares de quarta geração (GEN-IV) são opções energéticas adequadas para atender a esse tipo de processos, pois são projetados para fornecer eletricidade em conjunto com aplicações que demandam altas temperaturas. Ao mesmo tempo, água potável poderia ser obtida por meio do processo de dessalinização MED (Multi-Effect Distillation) que reutiliza o calor residual de sistemas térmicos. Ainda, a produção de H2 a partir do ciclo Na-O-H através do calor fornecido por reatores GEN-IV acoplados a uma unidade MED possibilita a trigeração de eletricidade, H2 e H2O, três importantes insumos para a sociedade. Então, o primeiro objetivo principal desta tese é avaliar o desempenho térmico de um novo processo de trigeração, considerando três tecnologias GEN-IV de 1000 MW como fontes de calor para o ciclo Na-O-H e instalação MED. Este objetivo é desenvolvido através da implementação de balanços de massa, energia, entropia e exergia no software Engineering Equation Solver (EES) para determinar a quantidade desses três insumos. De acordo com os resultados, o processo avaliado tem potencial para produzir cerca de 5 kg/s de H2, 400 MW de eletricidade e 800 kg/s de água. Tais valores obtidos são teóricos e maximizados em função de todas as simplificações consideradas na pesquisa. No segundo objetivo principal é investigado se existem outras variações (b, c, d ou e) do ciclo Na-O-H que apresentam desempenho térmico superior à forma clássica desse sistema, variação (a), avaliada no primeiro objetivo. Os resultados indicaram que a variação (e) apresenta eficiência energética de aproximadamente 77% enquanto a variação (a) apresenta eficiência próxima de 52%. No terceiro objetivo principal são estabelecidos os limites termodinâmicos para ciclos termoquímicos partir de sistemas semelhantes ao Na-O-H. Os resultados mostraram que todos os ciclos termoquímicos devem ter variação de entalpia superior a 283,83 kJ para produzir 1 mol de H2. Finalmente, concluiu-se que o processo de trigeração de H2, água e eletricidade avaliado no trabalho tem potencial para atender a demanda por tais insumos pelo desenvolvimento futuro dos sistemas analisados.pt_BR
dc.description.resumoHydrogen (H2) is a substance with a wide range of important applications like NH3 production. H2 can be obtained according to different processes, including the Na-O-H (sodium-oxygen-hydrogen) thermochemical cycle that breaks water through cyclic chemical reactions sustained by a heat source at specified temperature levels. In this context, GEN-IV (Generation IV) nuclear reactors are suitable energy options for these kind of processes because they are designed to provide electricity together with high temperature applications. At the same time, water could be get by means of MED (Multi-Effect Distillation), a desalination method that harvest waste heat from thermal systems to get fresh water from saline one. Then, H2 production from Na-O-H cycle through the heat supplied by GEN-IV reactors coupled to a MED unit enables the trigeneration of electricity, H2 and H2O, three important goods for society. Therefore, the first main aim of this thesis is to evaluate the thermal performance of this trigeneration process, a new one, considering three 1000 MWth GEN-IV technologies as the heat sources for both Na-O-H cycle plus a MED installation. This goal is developed by implementing mass, energy, entropy and exergy balances in the Engineering Equation Solver (EES) software to determine the amount of H2, electricity and desalinated H2O acquired. Consonant with preliminary results, this trigeneration process has potential to produce around 5 kg/s of H2, 400 MWe and 800 kg/s of H2O. These are theoretical and maximized values in function of all simplifications considered in the research. In the second main aim is investigated if there are other variations (b, c, d and e) of the Na-O-H cycle that have higher thermal performance when compared to its classic form, variation (a), evaluated in the first maim objective. According to the results, variation (e) has energy efficiency around 77% while variation (a) has energy efficiency near 52%. In the third main aim is established the thermodynamic limits (the minimum requirements of enthalpy change and other thermodynamic parameters) for thermochemical water splitting cycles starting from systems similar to the Na-O-H cycle. The results showed that all thermochemical cycles must have enthalpy change superior to 283.83 kJ to produce 1 mol of H2 gas. As it is being demonstrated in this study, it is possible to conclude that the trigeneration process of H2, water and electricity has potential to attempt the demand for such goods through more research and development of the systems analyzed.pt_BR
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológicopt_BR
dc.description.sponsorshipFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Geraispt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Geraispt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA NUCLEARpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciências e Técnicas Nuclearespt_BR
dc.publisher.initialsUFMGpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/pt/*
dc.subjectTrigeneration of H2, electricity and desalinated waterpt_BR
dc.subjectNa-O-H thermochemical cyclept_BR
dc.subjectGEN-IV nuclear reactorspt_BR
dc.subjectMED desalinationpt_BR
dc.subjectThermal performancept_BR
dc.subjectEES softwarept_BR
dc.subject.otherEngenharia nuclearpt_BR
dc.subject.otherReatores nuclearespt_BR
dc.subject.otherDessalinização da águapt_BR
dc.subject.otherEletricidadept_BR
dc.titleThermodynamic analysis of a novel trigeneration process of hydrogen, electricity and desalinated water: the case of Na-O-H cycle, GEN-IV nuclear reactors and MED installationpt_BR
dc.title.alternativeAnálise termodinâmica de um novo processo de trigeração de hidrogênio, eletricidade e água dessalinizada: o caso do ciclo Na-O-H, reatores nucleares de quarta geração e instalação MEDpt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.identifier.orcidhttps://orcid.org/0000-0001-7516-610Xpt_BR
Appears in Collections:Teses de Doutorado



This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons