Abstract: Frente a um panorama de escassez de combustível convencional fóssil e disponibilidade hidráulica para a produção de energia elétrica, fontes alternativas de energia renovável se tornam cada vez mais urgentes e necessárias. O hidrogênio é o elemento químico mais abundante disponível no planeta, tornando-se um potente candidato para suprir essa escassez de energia, pois, é capaz de conter um grande potencial energético comparável aos combustíveis fósseis, como a gasolina ou carvão. Sendo ele um vetor energético, não se tem a possibilidade de sua "extração" direta, porém, técnicas de obtenção do hidrogênio são bastante flexíveis, conhecidas e utilizadas comercialmente. Este trabalho teve como objetivo o estudo e construção de um sistema para produção de energia limpa a partir da produção de hidrogênio gasoso por eletrólise da água em meio alcalino, fazendo uso de um painel fotovoltaico como fonte alternativa de energia elétrica, bem como, a análise da eficiência energética desta produção. Para garantir a obtenção dos gases hidrogênio e oxigênio separadamente foi utilizada uma membrana separadora de gases, o Zirfon® Perl, permitindo a eletrólise pelo eletrolisador projetado e construído especificamente para este estudo, sem a necessidade de um sistema de circulação do eletrólito. Para uma análise comparativa das eficiências, produziu-se hidrogênio por eletrólise alcalina de uma solução aquosa de KOH (1M) com energia fornecida por uma fonte externa DC e por um painel solar ligado diretamente ao eletrolisador. O cálculo dessa eficiência foi feito pela relação entre a energia fornecida à eletrólise pelas fontes (solar e externa) e a energia do hidrogênio produzido com base no seu poder calorífico inferior (LHV). Além disso, curvas de carga de tensão e corrente do painel solar foram levantadas e estudadas para garantir a efetividade da ligação direta com o eletrolisador, bem como ensaios de EIE (Espectroscopia de Impedância Eletroquímica) foram realizados para análise da corrosão do eletrodo anódico e determinação da resistência ôhmica do sistema eletrolisador. Foram realizadas medidas e obtidas a eficiência energética com quatro montagens de sistemas eletrolisadores: 4 células com suprimento de energia por uma fonte externa DC, resultando em uma eficiência de 48,21%; 4 células e painel solar, 44,85%; 1 célula e fonte externa, 23,52 %; 1 célula e painel solar, 23,10%. Também foram calculadas eficiências energéticas da produção do hidrogênio em função do aumento de energia fornecida à eletrólise. Todas as aquisições dos parâmetros da eletrólise foram realizadas com um sistema automático projetado e construído especificamente para este trabalho, de forma que os dados foram obtidos a cada segundo, fornecendo valores em tempo real. Os resultados obtidos, tanto sobre os parâmetros importantes para que uma eletrólise para produção de hidrogênio possa se tornar eficiente energeticamente, como sobre as soluções para o desenvolvimento de um sistema com painel fotovoltaico que alimente diretamente o eletrolisador, serão de vital importância para continuação da pesquisa que envolva a utilização otimizada do hidrogênio em locais onde a energia elétrica proveniente de concessionárias seja escassa ou até mesmo inexistente.

Palavras-Chave: solar cells; photovoltaic conversion; sodium hydroxides; membrane pores; electrolytes; alkaline hydrolysis; potassium hydroxides; hydrogen fuel cells; hydrogen generators; gases; zirconium alloys; electrolysis; energy efficiency; energy source development

GARCIA NETO, JOSE dos S. Análise da viabilidade de um sistema de produção de energia limpa a partir da fonte primária solar convertida em energia química : o hidrogênio. Orientador: Adonis Marcelo Saliba Silva. 2019. 225 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2019.tde-03072019-141816. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/30498. Acesso em: $DATA.

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Abstract: Fundamentado na mecânica da fratura, o conceito do Leak-Before-Break (LBB) "Vazamento Antes da Falha" considera que um vazamento proveniente de uma trinca pode ser detectado antes de alcançar um tamanho crítico que implique na falha da tubulação, ou seja, a análise do LBB demostra através de uma justificativa técnica que a probabilidade de ruptura da tubulação é extremamente baixa. Dentre os aspectos que envolvem a aplicação do LBB, os principais são: a definição das propriedades do material, que são extraídos através de ensaios à tração e à fratura; a análise do vazamento, que determina a taxa de vazamento devido à presença de uma trinca passante; e a análise que verifica se a trinca é estável considerando os modos de falha por rasgamento dúctil e por colapso plástico. Os materiais SA-508 Cl. 3, SA-106 Gr. B e SA-376-TP304 foram avaliados quanto aos seus desempenhos para o LBB. Utilizaram-se dados extraídos de casos da literatura para as propriedades dos materiais, e para a geometria e carregamentos da tubulação, todos correspondentes ao circuito primário de um reator PWR. Após aplicação do LBB, constatou-se que todos os três materiais atenderam os limites do estabelecidos na metodologia. Verificou-se que os materiais SA-508 Cl. 3 e SA-376-TP304 mostraram o melhor desempenho para falha por rasgamento dúctil e falha por colapso plástico, respectivamente, e o material SA-106 Gr. B teve o menor desempenho em ambos. Todos os três materiais apresentaram o colapso plástico como modo de falha mais provável. De uma forma generalizada, o material SA-376-TP304 obteve o melhor desempenho para o LBB dentre os três materiais avaliados neste trabalho.

Palavras-Chave: safety engineering; reactor safety; pressure vessels; pipes; radioactivity transport; gases; oils; reactor control systems

SILVA, ISRAEL G.F. da. Avaliação do desempenho de diferentes materiais de tubulação para aplicação do Leak-Before-Break (LBB). Orientador: Waldemar Alfredo Monteiro. 2019. 65 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2019.tde-03072019-152331. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/30502. Acesso em: $DATA.

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Abstract: O deslocamento de elétrons em gases pode ser caracterizado por grandezas macroscópicas tais como a velocidade de arrastamento, taxa de ionização, primeiro coeficiente de Townsend e os coeficientes de difusão longitudinal e transversal, que são denominados de parâmetros de transporte. Esses parâmetros são importantes já que permitem a validação das secções de choque de colisões de elétrons com as moléculas do gás, contribuem com informações para modelos de descargas automantidas e são importantes para o desenvolvimento de novos detectores gasosos. Neste trabalho são apresentados os resultados de velocidade de arrastamento (W), taxa de ionização (Ri) e do primeiro coeficiente Townsend de ionização (α), para o isobutano e n-butano em função do campo elétrico reduzido efetivo no intervalo de 130 a 180 Td, obtidos utilizando a técnica de Townsend pulsada. Em nosso aparato, os elétrons primários são gerados a partir da incidência no catodo de um curto pulso de laser e são acelerados em direção ao anodo por meio de um campo elétrico uniforme. O sinal elétrico proveniente do deslocamento desses elétrons é digitalizado por um osciloscópio e a partir do ajuste de uma função modelo à forma do sinal elétrico, determinam-se os parâmetros de transporte. Os resultados obtidos para o isobutano e n-butano foram comparados com os valores da simulação Magboltz 2-versão 8.6 em razão da escassez de dados na literatura para esses gases na região de campo elétrico reduzido estudada.

Palavras-Chave: 2-methylpropane; electron collisions; electron drift; velocity; electric conductivity; electric fields; nitrogen; quenching; gases; townsend discharge

VIVALDINI, TULIO C. Medidas de velocidade de arrastamento de elétrons em gases inibidores de descargas pelo método de townsend pulsado. Orientador: Carmen Cecilia Bueno. 2014. 111 f. Tese (Doutoramento) - Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2014.tde-10072014-155715. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/10629. Acesso em: $DATA.

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Abstract: Os antibióticos utilizados na medicina humana e veterinária foram detectados em várias matrizes (águas superficiais, efluentes, águas subterrâneas, solos e sedimentos) e a presença deste poluente no ambiente aquático prejudica o tratamento de água, além de promover o aumento da resistência de bactérias, tornando alguns antibióticos ineficazes no tratamento de diversas doenças. A fotodecomposição solar pode ser empregada na quebra das moléculas de antibióticos de forma que eles se tornem subprodutos menos agressivos até a completa mineralização em CO2 e água. A energia solar é um recurso natural, abundante e renovável, adicionalmente o TiO2 tem sido amplamente utilizado como fotocatalisador dos processos decomposição. No entanto, para que a reação ocorra eficientemente é necessário o uso de um semicondutor com elevada área superficial. A síntese do TiO2 utilizando cultura de leveduras como biomolde promove a obtenção do TiO2 microestruturado com maior área superficial e porosidade, e o aumento da eficiência do processo de decomposição. No presente estudo, foram escolhidos os principais antibióticos veterinários em uso na indústria brasileira de proteína animal, devido ao elevado consumo e descarte, a oxitetraciclina e a enrofloxacina. O TiO2 sintetizado foi analisado por análise termogravimétrica (TGA), análise granulométrica por Brunauer-Teller-Emmett (BET), microscópio eletrônico de varredura (MEV), difratometria de raios X (DRX) e espectroscopia por dispersão de energia (EDS). Pela análise TGA obteve-se a temperatura ideal de secagem com a manutenção das propriedades fotocatalíticas do TiO2, de 150°C. O método BET confirmou a área superficial de 134,3 m2.g-1 e os resultados de DRX apresentaram preponderância da fase cristalina anatase. As micrografias feitas por MEV resultaram nas medidas do tamanho dos poros que ficaram entre 2,24 μm e 2,68 μm e o EDS indicou que a amostra possui grande porcentagem de titânio com pequenos traços de oxigênio, carbono, alumínio, enxofre e fósforo. Em condições laboratoriais, o estudo da fotodecomposição das soluções dos antibióticos foi iniciado com as soluções simples atingindo 84% de remoção de oxitetraciclina e 70% de remoção de enrofloxacina. Calculou-se a correlação com os modelos cinéticos, pseudo primeira-ordem, pseudo segunda-ordem, Elovich, a difusão Intrapartícula, Langmuir-Hinshelwood e as isotermas. O antibiótico oxitetraciclina apresentou maior correlação com a cinética de pseudo-primeira ordem e a enrofloxacina com a cinética de pseudo-segunda ordem. O modelo de Langmuir- Hinshelwood comprovou para ambos os antibióticos que o processo de fotodecomposição foi favorável. A quantidade de TiO2 microestruturado ideal para o desenvolvimento da decomposição foi de 0,1 g. A decomposição binária realizada com a mistura dos antibióticos em diferentes proporções mássicas mantiveram as correlações cinéticas, porém alcançaram porcentuais de degradação inferiores, sendo que a maior taxa de decomposição da oxitetraciclina foi de 78% e a enrofloxacina foi 66%, este efeito antagonista pode ser atribuído a presença de mais moléculas complexas, os antibióticos e seus produtos de decomposição parcial, na competição por um sitio ativo na superfície do fotocatalisador. A luz solar utilizada como fonte de irradiação sustentável é abundante nos países tropicais durante todo o ano, tem se apresentado como excelente insumo energético, boa opção para ser aplicada no tratamento de água para decompor os poluentes farmacêuticos. O estudo mostra que a fotodecomposição solar é uma tecnologia de tratamento eficiente para a remoção de antibióticos da água contaminada, mesmo em misturas binárias, com a vantagem de usar um recurso sustentável, promovendo a obtenção e utilização de TiO2 microestruturado por biomoldagem.

Palavras-Chave: titanium oxides; microstructure; synthesis; solar flux; radiant flux density; adsorption; gases; photolysis; electromagnetic radiation; thermal gravimetric analysis; granulometric analysis; electron scanning; electron microscopy; x-ray diffraction; dispersion relations; kinetic equations; veterinary medicine; drugs; antibiotics; health hazards; industrial wastes; waste processing; water treatment

MAICHIN, FERNANDA. Utilização de TiO2 microestruturado em processos de fotodecomposição solar de enrofloxacina e oxitetraciclina de águas contaminadas. Orientador: Nilce Ortiz. 2020. 87 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2020.tde-23122020-130251. Disponível em: http://200.136.52.105/handle/123456789/31719. Acesso em: $DATA.

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