Please use this identifier to cite or link to this item:
http://hdl.handle.net/1843/46549| Type: | Dissertação |
| Title: | Efeito da densidade de corrente, simulada a partir da variabilidade da irradiância solar, sobre a eficiência da eletrorrecuperação de zinco e qualidade do produto |
| Authors: | Juliana Karla Leite Silva Monteiro |
| First Advisor: | Daniel Majuste |
| First Referee: | Virginia Sampaio Teixeira Ciminelli |
| Second Referee: | Rodrigo Alberto Moreira Gomes |
| Third Referee: | Matheus Pereira |
| Abstract: | A presente dissertação de mestrado discute os efeitos da densidade de corrente, fixa ou altamente variável, sobre a eficiência energética do processo de eletrorrecuperação de zinco e qualidade do produto. Tendo em vista as incertezas acerca do preço futuro e disponibilidade de energia elétrica, faz-se necessário avaliar o uso de fontes renováveis, como a energia solar, para alimentação de processos metalúrgicos. Diferentes perfis de corrente elétrica foram simulados a partir da variabilidade da irradiância solar, o que depende da revolução e rotação da Terra e da movimentação de diferentes tipos de nuvens na atmosfera. A abordagem experimental adotada consistiu na adoção de procedimento multiparâmetros para classificação dos dias conforme a variabilidade da irradiância solar e uso de algoritmo consolidado para simular o desempenho de sistemas fotovoltaicos. A corrente elétrica contínua, gerada a partir de simulações numéricas, foi aplicada à eletrodeposição de zinco, processo selecionado devido ao consumo intensivo de energia. As simulações resultaram em densidades de corrente médias na faixa 261 a 809Am-2. As eficiências de corrente e consumos específicos de energia calculados para o processo foram satisfatórios (>90% e <3000kWht-1, respectivamente). A caracterização dos depósitos de zinco, normalmente porosos devido a reação secundária típica (i.e., evolução de hidrogênio), revelou que os materiais produzidos com densidade de corrente altamente variável são visivelmente mais rugosos. A medição da resistência à flexão dos depósitos indicou resistências crescentes com o aumento da densidade de corrente média, o que, no entanto, não causou a sua fratura ou quebra durante o estripamento. Ensaios de eletrorrecuperação de zinco a partir de eletrólito contendo íons magnésio (Mg2+), impureza tipicamente presente na solução industrial, demonstraram uma pequena diminuição gradual da eficiência de corrente e aumento do consumo de energia, com a elevação da concentração dessa impureza. O aumento de íons Mg+2 no eletrólito aumentou a quantidade de poros nos depósitos de zinco e nódulos foram observados, o que não alterou significativamente o comportamento mecânico do material durante os ensaios de dobramento. Portanto, os resultados obtidos no presente trabalho sugerem a aplicabilidade de uma densidade de corrente altamente variável, obtida a partir de sistemas fotovoltaicos, para a produção de zinco com eficiência e qualidade adequadas a produção industrial. |
| Abstract: | The present work evaluates the effects of current density at fixed or highly-variable intensities on the energy efficiency of the zinc electrowinning process and quality of the final product. Considering the uncertainties regarding the availability and future price of electricity, it is demanding to evaluate the use of renewable sources, such as solar energy, in metallurgical processes. Different current profiles were simulated from the variability of solar irradiance, which depends on the Earth's revolution and rotation and movement of different types of clouds in the atmosphere. The approach followed in this work consisted in the use of multiparameter procedure for classifying days according to the variability of solar irradiance and use of classical algorithm to simulate the performance of photovoltaic systems. The simulated direct current (DC), generated from numerical simulations, was then applied to the zinc electrodeposition process, which was selected as a case study mainly due to its intensive energy consumption. The simulations resulted in average current densities in the range 261-809Am-2. The current efficiencies and specific energy consumptions calculated for the process were considered satisfactory (>90% and <3000kWht-1). The characterization of zinc deposits, which are porous due to typical secondary cathodic reaction (i.e., hydrogen evolution), revealed that the products obtained with highly-variable current density are rougher than those produced with constant current density. Bending measurements of different samples revealed increasing resistances by increasing the average current density, which, however, did not lead to their fracture or breakage during the stripping. Zinc electrowinning tests from electrolytes containing magnesium ions (Mg2+), an impurity commonly present in the industrial solution, indicated a small and gradual decrease of current efficiency and increase of energy consumption by increasing the impurity concentration in the solution. Regarding the main features of zinc deposits obtained from electrolytes containing Mg2+ ions, increases in the amount of pores and nodules were observed, which, however, did not affect their behavior during the bending tests. Hence, the results obtained in this work suggest the applicability of highly-variable current density, obtained from PV systems, for producing zinc with efficiency and quality suitable for industrial production. |
| Subject: | Engenharia metalúrgica Metalurgia extrativa Geração de energia fotovoltaica Zinco - Metalurgia Radiação solar |
| language: | por |
| metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de Minas |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/46549 |
| Issue Date: | 12-Apr-2022 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| 2022 Abril - Dissertação de Mestrado - Juliana - revisão setembro2022.pdf | Dissertação de Mestrado - revisado set/22 | 7.04 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.