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Matheus Pereira PortoPaulo AlexandreDaniel MajustePaulo Alexandre Costa RochaBraz de Jesus Cardoso FilhoAchilles Junqueira Bourdot Dutrahttp://lattes.cnpq.br/6734484400529071Rodrigo Alberto Moreira Gomes2022-05-26T15:33:43Z2022-05-26T15:33:43Z2021-04-01http://hdl.handle.net/1843/41991Neste trabalho foi avaliado o uso de um sistema de energia renovável híbrido (HRES) customizado com células fotovoltaicas orgânicas (OPV) para a produção de um metal de alta pureza por eletrodeposição. Este processo geralmente é o mais intensivo em energia na indústria de mineração. Uma das principais vantagens do uso do sistema desenvolvido é que a carga elétrica é inerentemente gerada como corrente contínua (CC), que pode ser fornecida diretamente às células de eletrorrecuperação sem o uso de retificadores intermediários. Esta abordagem elimina as perdas de energia associadas, aumentando assim a eficiência geral do sistema de energia e também diminui a pegada de carbono da instalação industrial. Neste contexto, o principal objetivo desta Tese foi avaliar o desempenho energético da tecnologia e a sua aplicação na produção de um produto de qualidade, que se caracteriza pela morfologia, estrutura cristalina e comportamento à flexão. A eletrodeposição do zinco, em experimentos conduzidos em condições tipicamente praticadas em operações industriais, foi selecionada como estudo de caso. Os resultados demonstraram o bom funcionamento do sistema HRES, uma vez que corrente contínua constante foi fornecida ao processo. Em dias específicos com irradiâncias horizontais globais na faixa de 100 W/m2 a 1200 W/m2, 26 ± 4% da corrente total injetada na célula de eletrorrecuperação foi gerada pelas células OPV. No Brasil, esse desempenho corresponde à mitigação de carbono de cerca de 6,4x102 toneladas de dióxido de carbono equivalente (CO2 eq) por tonelada de zinco produzido. A utilização do sistema também permitiu a produção de cátodos de zinco com morfologia e estrutura tipicamente descritas na literatura e encontradas na indústria, os quais apresentaram uma ductilidade adequada permitindo o dobramento sem fratura na operação de estripamento. Os resultados experimentais indicam que os sistemas híbridos com células fotovoltaicas representam uma alternativa promissora para economizar energia e aumentar a sustentabilidade dos processos de eletrorecuperação.This work evaluated the use of a customized hybrid renewable energy system (HRES) with organic photovoltaic (OPV) cells for producing a high-purity metal by electrowinning. This process usually represents the most energy intensive one in the mining industry. A key advantage on the use of the developed system is that the electric charge is inherently generated as direct current (DC), which can be directly supplied to the electrowinning cells without using intermédiate rectifiers. This approach eliminates the energy losses associated, thus increasing the overall efficiency of the power system, and also decreases the carbon footprint of the industrial facility. In this context, the main purpose of this first work was to evaluate the energy saving performance of the technology and its application to produce a quality product, which was characterized by morphology, crystal structure and bending behavior. The electrowinning of zinc was selected as case study. Thus, zinc electrodeposition tests were conducted under conditions typically practiced in industrial operations. The results demonstrated the proper functioning of the HRES system, since constant DC current was supplied to the process. On particular days with global horizontal irradiances in the range from 100 W/m2 to 1200 W/m2, 26±4% of the total current injected in the electrowinning cell was generated by the used OPV cells. In Brazil, this performance corresponds to carbon mitigation of about 6.4x10-2 t of carbon dioxide equivalents (CO2eq) per t of zinc produced. The use of this system also allowed the production of zinc cathodes with morphology and structure typically described in literature and found in industry, which were ductile enough to allow bending without fracturing. These findings indicate that hybrid systems with photovoltaic cells represent an alternative to save energy and increase the sustainability of electrowinning processes.porUniversidade Federal de Minas GeraisPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecanicaUFMGBrasilENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICAEngenharia mecânicaCélulas solaresEletróliseEnergia - Fontes alternativasZincoSistema hibridoEnergia renovávelOPVEletróliseZincoEstudo experimental para uso de sistema híbrido de energia renovável com células fotovoltaicas orgânicas em processo de eletrorrecuperação de zincoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALTeseRODRIGOGOMESFinal.pdfTeseRODRIGOGOMESFinal.pdfapplication/pdf5498993https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/41991/3/TeseRODRIGOGOMESFinal.pdfadcf2a9e32de6fb5898a32c2c6cdae97MD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82118https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/41991/4/license.txtcda590c95a0b51b4d15f60c9642ca272MD541843/419912022-05-26 12:33:44.051oai:repositorio.ufmg.br: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ório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2022-05-26T15:33:44Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false
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