Estudo sobre a viabilidade técnica-econômica de um maçarico oxi-hidrogênio utilizando eletrólise da água

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Nunes, Armando Teixeira
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Análise de viabilidade; Maçarico oxi-hidrogênio; Produção de hidrogênio por eletrólise; Eletrólise da água; Acetileno; Tecnologia Ambiental; Produção intelectual; Feasibility analysis; Oxyhydrogen torch; Production of hydrogen by electrolysis
• Link de acesso: http://app.uff.br/riuff/handle/1/27233

Os maçaricos usualmente empregados desde o início do século XX na indústria e no comércio utilizam como elemento combustível e comburente, os gases acetileno (C₂H₂) e oxigênio (O₂), respectivamente. Estes dois gases são adquiridos no mercado já processados para o seu uso imediato, principalmente para a realização de processos de soldagem, corte, aquecimento e fundição. O presente estudo apresenta a viabilidade técnica e econômica da utilização de um maçarico que emprega os gases hidrogênio (H₂) e oxigênio (O₂), obtidos via o processo de eletrólise da água, sendo que os gases gerados são utilizados imediatamente, sem a necessidade de armazenamento em vasos de pressão. Na indústria e no comércio, os maçaricos comumente utilizados são robustos e precisam periodicamente serem recarregados e o proprietário precisa armazenar o equipamento contendo os gases. O gás acetileno por ser um hidrocarboneto, quando queimado libera grandes quantidades de dióxido de carbono (CO₂), gás este causador do efeito estufa e ao mesmo tempo o acetileno por ser altamente tóxico, exige um cuidado maior do operador do equipamento com relação a sua exposição aos gases, principalmente quando o mesmo é utilizado em espaços confinados e/ou reduzidos. Este estudo também visa analisar a viabilidade econômica do equipamento, usando para isso a comparação entre a aquisição de um equipamento tradicional e o equipamento construído e pesquisado. O estudo econômico ainda faz uma comparação entre o custo da produção dos gases via eletrólise e a compra dos gases C₂H₂ e O₂ em fornecedores locais, finalizando com a simulação dos custos operacionais de uma suposta empresa com o uso de ambos os equipamentos. O uso do maçarico com chama proveniente de gás oxi-hidrogênio gerado a partir da eletrólise da água, tem ainda como finalidade proporcionar uma sustentabilidade em nível ambiental e social devido às características inerentes do processo. Os resultados desta pesquisa mostram que o uso de volume de 1,5 litros de KOH como eletrólito suporte na concentração de 20 g L⁻¹ e com corrente de 15A foi a configuração entre todas as 12 pesquisadas que apresentou maior eficiência térmica, tendo atingido uma média de 990°C para a chama, sendo ainda observado que nestas condições as temperaturas dos reservatórios de hidrogênio e oxigênio foram também as mais elevadas. Foi possível observar que a concentração de eletrólito de suporte quando aumentada para 40 g L⁻¹ de KOH promove uma maior dissipação de calor na célula eletrolítica e nos reservatórios, ocasionando menores temperaturas na operação do maçarico. Pode-se concluir também que a variação da corrente e da concentração do eletrólito suporte influencia diretamente a produção dos gases formados no ânodo (oxigênio) e no cátodo (hidrogênio), decorrente do aquecimento da célula eletrolítica, promovendo uma variação na velocidade de circulação do eletrólito dentro da célula eletrolítica e consequentemente nos reservatórios dos gases. O melhor resultado econômico-financeiro obtido foi aquele onde se utilizou na produção de chamas a combinação de 1,5 litros de eletrólito, a uma corrente de 15 A e concentração de eletrólito suporte de 20 g L⁻¹ de KOH, quando comparado a produção de chamas do maçarico convencional, em mesmas condições de temperaturas e vazão dos gases combustível e comburente.