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Tipo do documento: Dissertação
Título: Efeito do processamento por fricção e mistura mecânica (FSP) na cinética de armazenagem de hidrogênio da liga ZK60 contendo 1,5% mischmetal
Título(s) alternativo(s): Effect of friction stir processing (FSP) on hydrogen storage kinetics of ZK60 alloy containing 1.5% mischmetal
Autor: Silva, Gustavo Nogueira Lopes da 
Primeiro orientador: Bastos, Ivan Napoleão
Segundo orientador: Oliveira, Verona Biancardi
Primeiro membro da banca: Fonseca, Maria da Penha Cindra
Segundo membro da banca: Silva, Erenilton Pereira da
Terceiro membro da banca: Rodriguez Aliaga, Luis César
Resumo: O uso do hidrogênio como combustível armazenado no estado sólido em materiais metálicos tem sido amplamente estudado para a produção de energia limpa, segura e renovável. Trata-se de um método de armazenagem mais seguro e cuja facilidade de transporte é superior quando comparado àqueles nas formas de líquido ou de gás. Neste caso, a liga de magnésio tem a maior capacidade gravimétrica teórica entre as ligas utilizadas para a armazenagem de hidrogênio (7,6 % em massa). Porém, a quantidade real de hidrogênio absorvido e dessorvido, e a cinética na qual as reações no estado sólido ocorrem dependem fortemente de como a liga é modificada termomecânica ou quimicamente. Neste trabalho, a liga ZK60 com adição de 1,5% em massa de mischmetal (ZK60-1,5%Mm), que possui capacidade gravimétrica de 6,45%, foi processada por fricção e mistura mecânica (FSP) na tentativa de acelerar a cinética de entrada e saída de hidrogênio da liga. Foi utilizado o processo de limagem manual na liga fundida e processada por FSP para diminuir o caminho percorrido pelo hidrogênio na liga, assim acelerando a cinética. Foi utilizado um sistema do tipo PCT utilizando o método Sieverts para absorção e dessorção de hidrogênio em 350 ºC. Amostras da liga fundida e processada por FSP foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e calorimetria diferencial de varredura (DSC). Amostras processadas por FSP e limadas apresentam capacidade de armazenagem e cinética de hidrogenação ligeiramente superiores àquelas dos cavacos da liga apenas fundida. Os resultados experimentais de entrada e saída de hidrogênio foram aplicados em um modelo matemático que utilizada a lei de Arrhenius. Por meio do método estocástico de Luus-Jaakola obtivemos os valores de energia de ativação (Ea) e coeficiente cinético (k0) da liga. Após conhecidas todos os parâmetros do modelo cinético, foi simulado o comportamento cinético da liga em outras temperaturas de absorção (300 ºC e 325 ºC) e dessorção (250 ºC e 300 ºC). Foi possível mostrar que a temperatura utilizada para os ensaios experimentais (350 ºC) é a que mais acelera o comportamento cinético da liga.
Abstract: The use of hydrogen as a fuel stored in a solid-state in metallic materials has been widely studied to produce clean, safe, and renewable energy. It is a safer storage method, and the ease of transport is superior compared to those in liquid or gas forms. In this case, the magnesium alloy has the highest theoretical gravimetric capacity among the alloys used to store hydrogen (7.6% by mass). However, the actual amount of hydrogen absorbed and desorbed and the kinetics in which these solid-state reactions occur depend strongly on how the alloy is thermomechanically or chemically modified. In this work, the ZK60 alloy with an addition of 1.5% by mass of mischmetal (ZK60-1.5% Mm), which has a 6.45% gravimetric capacity, was processed by friction stir processing (FSP) in an attempt to accelerate the kinetics of hydrogen entering and leaving this alloy. The manual filing process was used in the alloy cast and processed by FSP to decrease the path taken by hydrogen in the alloy, thus accelerating the kinetics of hydrogen entry and exit. A PCT-type system was used using the Sieverts method for hydrogen absorption and desorption at 350 ºC. Samples of the alloy cast and processed by FSP were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and differential scanning calorimetry (DSC). Samples processed by FSP and files have storage capacity and hydrogenation kinetics slightly higher than those of the only fused alloy filings. The experimental results of hydrogen entry and exit were applied in a mathematical model that used Arrhenius' law. Using the Luus-Jaakola stochastic method, it was possible to obtain the alloy's activation energy (Ea) values and kinetic law coefficient (k0). After all the constants present in the kinetic model were known, the alloy's kinetic behavior at different absorption temperatures (300 ºC and 325 ºC) and desorption (250 ºC and 300 ºC) was simulated. It was possible to show that the temperature used for the experimental tests (350 ºC) is the one that most accelerates the kinetic behavior of the alloy.
Palavras-chave: Hydrogen storage
Kinect model
ZK60
Mischmetal
Armazenagem de hidrogênio
Modelo cinético
Metais - Hidrogênio - Métodos de simulação
Metais - Hidrogênio - Modelos matemáticos
Ligas de magnésio - Propriedades mecânicas
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto Politécnico
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais (IPRJ)
Citação: SILVA, Gustavo Nogueira Lopes da. Efeito do processamento por fricção e mistura mecânica (FSP) na cinética de armazenagem de hidrogênio da liga ZK60 contendo 1,5% mischmetal. 2020. 93 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia de Materiais) - Instituto Politécnico, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2020 .
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/16368
Data de defesa: 16-Jul-2020
Aparece nas coleções:Mestrado em Ciência e Tecnologia de Materiais (IPRJ)

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