Dissertações em Engenharia de Infraestrutura e Desenvolvimento Energético (Mestrado) - PPGINDE/NDAE/Tucuruí

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Acesso aberto (Open Access)
Análise da viabilidade técnico-econômica da geração de energia solar fotovoltaica em unidades de confinamento bovino com sombreamento artificial
(Universidade Federal do Pará, 2020-05-28) MORAES, Emerson Ricardo de; MOURÃO, Raphael de Castro; http://lattes.cnpq.br/6637481796428177; ISHIHARA, Júnior Hiroyuki; http://lattes.cnpq.br/3498874642887006; https://orcid.org/0000-0002-0081-7913
O aumento populacional mundial causou uma busca crescente por alimentos, tanto de origem vegetal quanto animal. Com a diminuição de áreas rurais destinadas à atividade pecuária, devido à maior utilização de áreas para a agricultura, notou-se intensificação na bovinocultura, que visa utilizar uma área menor da propriedade para grandes quantidades de animais, que associado ao bem-estar animal e seu conforto térmico, proporcionam melhora na produção. O aumento populacional também tornou maior a demanda de fontes de energia elétrica, pela melhora dos padrões de vida e avanços da tecnologia. O objetivo deste trabalho foi analisar a viabilidade técnica e econômica da geração de energia solar fotovoltaica, em conjunto com a atividade pecuária, utilizando a cobertura de barracões de sombreamento em confinamento de bovinos de corte. Realizou-se estudo bibliográfico acerca do rendimento animal da raça nelore, em confinamento em clima tropical, na situação de exposição total ao sol e com a utilização de sombra de barracão. Foram criados três cenários para análise de bem-estar animal, sendo, o animal confinado a céu aberto, confinamento com utilização de barracões de sombreamento e confinamento com geração de energia solar fotovoltaica na cobertura de seu barracão de sombreamento. Confeccionou-se duas estações meteorológicas alternativas, com as quais foram coletadas amostras de variáveis climáticas locais, para o cálculo de índices de conforto térmico e bem-estar animal, afim de identificar o possível rendimento bovino de corte no local de estudo. Foram feitos orçamentos de itens e serviços para execução de projetos de currais de confinamento, barracões de cobertura e geração distribuída de energia solar fotovoltaica, para posterior análise de viabilidade técnica e econômica dos projetos. Os resultados mostraram maior viabilidade econômica, com maior lucratividade e menor tempo de retorno de investimento, para os tratamentos de currais de confinamento a céu aberto, que apresentam, para a população de 200, 600 e 1000 animais, taxa interna de retorno (TIR) de 75,86 %, 86,71 % e 89,88 %, índice de lucratividade (IL) de 4,68, 5,34 e 5,53 e payback descontado de 1,49, 1,29 e 1,24 anos, respectivamente, enquanto para a construção de toda a estrutura junto à geração de energia solar fotovoltaica, obteve-se, na mesma ordem, TIR de 22,30 %, 14,09 % e 14,62 %, IL de 1,58, 1,18 e 1,21 e payback descontado de 5,17, 7,71 e 7,48 anos. Apesar da viabilidade econômica não ter sido a melhor, os tratamentos com sistema de geração de energia fotovoltaica conectada à rede de distribuição, quando construídos em conjunto com as estruturas de currais de confinamento e barracão, proporcionam maior conforto aos animais e possibilitam a geração de energia renovável. O resultado da instalação fotovoltaica foi mais viável economicamente, quando montada em estruturas de barracões já existentes em sistemas de confinamento para 200 animais, que apresentou TIR de 23,72 %, IL de 1,65 e payback descontado de 4,88 anos. Conclui-se que a opção mais viável financeiramente de projeto para criação de animais confinados, é o modelo a céu aberto para o maior número de animais, enquanto para a geração de energia, é o sistema conectado à rede de baixa tensão montado em estruturas de barracões já existentes em sistemas de confinamento para 200 animais, sem a necessidade de contratos de demanda, contendo 200 painéis fotovoltaicos.
Acesso aberto (Open Access)
Análise das propriedades tecnológicas da cinza do caroço de açaí na cerâmica vermelha
(Universidade Federal do Pará, 2019-09-16) FERREIRA, Taiana da Silva; SOUZA, Paulo Sérgio Lima; http://lattes.cnpq.br/4933212993218783; ISHIHARA, Júnior Hiroyuki; http://lattes.cnpq.br/3498874642887006; https://orcid.org/0000-0002-0081-7913
As matérias-primas provenientes da exploração de jazidas utilizadas para fabricação de produtos empregados na construção civil e os impactos ambientais ocasionados pelo setor da cerâmica vermelha evoluíram conforme o desenvolvimento das cidades. A necessidade do uso de materiais alternativos, como biomassas residuais tem tornado cada vez mais necessários estudos voltados para o reaproveitamento de resíduos no processo de produção e fabricação de materiais cerâmicos. Dessa forma, este trabalho possui o objetivo de avaliar a incorporação da cinza do resíduo do caroço do açaí (RCA) na massa argilosa e avaliar as propriedades tecnológicas da cerâmica vermelha. Os materiais foram caracterizados quimicamente e fisicamente, e, então realizada a moldagem dos corpos de provas por extrusão, utilizando teores de 0%, 10%, 15% e 20% de cinzas de RCA misturadas em dois tipos de argilas, denominadas argila vermelha e argila escura. Após a queima a 950 ºC, as peças foram submetidas aos ensaios de absorção de água, porosidade aparente, massa específica aparente, retração linear e tensão de ruptura a flexão. Os resultados obtidos demonstraram que o uso da cinza de RCA contribuiu para trabalhabilidade das misturas, diminuindo a necessidade de acréscimo de água para moldagem. Também pôde ser verificado que o teor de 10% de cinza como substituto parcial da argila vermelha, e da massa contendo 50% de argila vermelha e 50% de argila escura, influenciou de forma positiva nas propriedades tecnológicas avaliadas. No entanto, para os teores de 20% de incorporação de cinzas de RCA, os valores foram medianos e para o ensaio de porosidade insatisfatório. Dessa forma, foi possível verificar a viabilidade técnica do uso de cinza do caroço do açaí em substituições parciais, contribuindo para redução de exploração de matérias-primas, redução do descarte de resíduos sólidos e o reaproveitamento da biomassa residual do caroço do açaí na produção de materiais cerâmicos.
Acesso aberto (Open Access)
Análise do aproveitamento energético em redes de distribuição de água com a utilização de bombas como turbina (BFT)
(Universidade Federal do Pará, 2022-03-31) SILVA, Victor Renan Barbosa da; ISHIHARA, Júnior Hiroyuki; http://lattes.cnpq.br/3498874642887006; https://orcid.org/0000-0002-0081-7913
As mudanças climáticas têm intensificado as pesquisas relacionadas à produção de energias renováveis em todo o mundo. Neste sentido, o presente estudo dispõe-se a contribuir com a análise do uso de Bombas Funcionando como Turbina (BFT) em substituição às Válvulas Redutoras de Pressão (VRP), visando tanto o controle da pressão em redes de distribuição de água, assim como, consequentemente, o seu aproveito para geração energética. A BFT instalada deve ser capaz de operar sob diferentes vazões devido a flutuações na taxa de consumo de água, o que dificulta a seleção da bomba adequada, para tanto, o processo de seleção de BFTs para substituição de VRPs foi otimizado combinando dois métodos de seleção e predição de BFT, Williams (1995) o primeiro método, foi utilizado para selecionar a BFT adequada de acordo com dados de altura e vazão disponíveis na rede, em seguida, o método de Rossi et al. (2019) foi usado para avaliar as curvas características da bomba como turbina, com atenção particular às condições operacionais fora de projeto. Duas Simulações foram realizadas para o processo de otimização, considerando a BFT com velocidade constante, aplicada a uma rede real que foi dividida em 3 áreas de medições distritais (AMD). Na primeira simulação uma BFT foi acrescentada a rede para substituir uma VRP localizada na (AMD 3), na segunda simulação duas BFTs foram acrescentadas a mesma (AMD 3) em substituição a VRPs. Os resultados mostram, na simulação 2, que o controle de pressão foi melhor, além da recuperação de energia elétrica que foi 190,96 kWh/dia ou 69,70 MWh/ano, correspondendo a uma redução de 41,74 toneladas CO2 não emitidos. Dessa forma, a recuperação de energia foi 267% maior em comparação a simulação 1. Além disso, o controle da pressão também apresentou resultados satisfatórios, ficando dentro dos padrões estabelecidos. Portanto, a combinação dos métodos de Williams (1995) e Rossi et al. (2019), simplificou o trabalho de seleção e predição de BFT com resultados significativos e foi possível concluir que as BFTs funcionando nas horas de maior consumo podem ajustar a pressão padrão necessária e, no restante, as VRPs podem regular a pressão. Neste caso, além de controlar a pressão continuamente, energia renovável significativa pode ser recuperada da RDA
Acesso aberto (Open Access)
Desenvolvimento de um aplicativo móvel para promover o reaproveitamento de resíduos na dosagem de concreto
(Universidade Federal do Pará, 2019-09-04) MESQUITA, Felipe José Marques; FÜLBER, Heleno; http://lattes.cnpq.br/5018616409948511; ISHIHARA, Júnior Hiroyuki; http://lattes.cnpq.br/3498874642887006; https://orcid.org/0000-0002-0081-7913
O concreto é o material de construção mais utilizado no mundo, resultando em elevado consumo de materiais naturais, desta forma, o reaproveitamento de resíduos em substituição do cimento e agregados na produção de concreto possibilita redução na emissão de gases do efeito estufa, diminuição da extração de matérias primas naturais, além da diminuição da disposição destes resíduos na natureza. Tendo em vista a necessidade de desenvolver soluções que contribuam para a reutilização de resíduos de maneira eficiente, este trabalho se propôs a analisar o estado da arte da produção nacional sobre concreto com reaproveitamento de resíduos, para o desenvolvimento de um aplicativo móvel para fomentar o reaproveitamento de resíduos na produção de concreto. Através da análise bibliométrica das publicações brasileiras sobre concreto com reaproveitamento de resíduos, foram analisados trabalhos publicados durante um período de 20 anos na base de dados da Web of Science, revelando crescente interesse sobre o tema, com destaque ao resíduo de construção e demolição, sendo este o resíduo mais publicado e protagonista do artigo mais influente sobre o tema. A análise das publicações permitiu a criação de uma base de conhecimentos sobre a utilização de resíduos na produção de concreto, estes dados foram utilizados no desenvolvimento de um aplicativo para dispositivos móveis Android, que possibilita ao usuário ter fácil acesso a dosagens de concreto com reaproveitamento de resíduos, obter informações sobre potenciais fornecedores de resíduos e calcular os custos de produção deste concreto. O sistema conta com 41 traços diferentes, incluindo 7 tipos de concreto e 10 opções de resíduos, permitindo ao usuário obter ganhos ambientais ao substituir até 100% dos agregados naturais do concreto por resíduos e obter economia de até 11,82% em relação ao custo do concreto produzido sem resíduos.
Acesso aberto (Open Access)
Ferramenta para mensuração da capacidade tecnológica no segmento de construção de edifícios
(Universidade Federal do Pará, 2022-08-17) SILVA, Horácio Lima da; ISHIHARA, Júnior Hiroyuki; http://lattes.cnpq.br/3498874642887006; https://orcid.org/0000-0002-0081-7913
A inovação tecnológica é fundamental para potencializar o desempenho das organizações industriais com vistas a aquisição de vantagem competitiva. Atualmente a Industria 4.0 é a síntese mais moderna do acumulo de inovações, representando uma nova era da produção industrial. Apesar de sua importância, a construção civil ainda não está plenamente inserida nesse novo contexto industrial. O subsetor de construção de edifícios, por exemplo, se caracteriza predominantemente por um baixo nível tecnológico quando comparado à outras indústrias. Nesse sentido, é de suma importância o desenvolvimento de estudos que estabeleçam uma compreensão dos aspectos que levam a esse cenário de baixo nível tecnológico na construção civil. Por isso, este trabalho se baseou na teoria da acumulação de capacidades tecnológicas para desenvolver uma ferramenta, denominada neste trabalho de FMCTEED (Ferramenta para Mensuração da Capacidade Tecnológica em Empresas de Edificações), visando traçar o perfil tecnológico de empresas de construção de edifícios e compreender os aspectos que precisam ser potencializados nessas organizações para a superação do atraso tecnológico. Esta dissertação usou como metodologia a pesquisa bibliográfica, entrevistas com especialistas e modelagens matemáticas para construir uma ferramenta capaz de expressar a acumulação de capacidade tecnológica em empresas do subsetor edificações. Em um segundo momento, o modelo foi aplicado em empresas do subsetor edificações para análise do desempenho da ferramenta. Como resultado, o estudo demonstrou que as empresas objetos do estudo praticamente não possuem mecanismos de desenvolvimento CT&I; além disso, a pesquisa revelou uma imensa lacuna quanto à industrialização e robotização de processos; verificou-se ainda uma fragilidade no que tange a uma rede de colaboração que inclua universidades e centros de pesquisa para a produção de tecnologias passíveis de serem incorporadas ao processo produtivo. Por fim, pode-se afirmar que a FMCTEED foi exitosa em estabelecer o perfil tecnológico das empresas estudadas e em elencar pontos críticos para intervenção com vistas, por exemplo, a implantação de inovações.
Acesso aberto (Open Access)
Protótipo para análise técnico-econômica de bombas funcionando como turbinas em redes de distribuição de água
(Universidade Federal do Pará, 2025-02-27) VIANA, Ingrid Luna Baia; SOUZA, Davi Edson Sales e; http://lattes.cnpq.br/6130270007673176; HTTPS://ORCID.ORG/0000-0001-9632-5667; ISHIHARA, Júnior Hiroyuki; http://lattes.cnpq.br/3498874642887006; https://orcid.org/0000-0002-0081-7913
A crescente necessidade por soluções sustentáveis nas redes de distribuição de água exige tecnologias que otimizem a eficiência energética e reduzam custos operacionais. No entanto, a escolha da melhor alternativa para implementação de Bombas Funcionando como Turbinas (BFTs) é um desafio devido à multiplicidade de critérios técnicos e econômicos envolvidos. Assim, este estudo propõe um modelo de suporte à decisão, empregando técnicas multicritério e programação computacional para auxiliar na seleção da alternativa mais viável dentro de cenários distintos. A análise concentra-se na viabilidade técnico-econômica de BFTs em Redes de Distribuição de Água (RDAs), utilizando o método TOPSIS, onde os dados serão avaliados e classificados por similaridade com condições ideais. Implementado em linguagem Python, o sistema garante precisão aos cálculos, com uma interface gráfica denominada de FliessEnergy, hospedado na Vercel, com um layout responsivo e escalável, proporcionando uma experiência otimizada ao usuário. A aplicação prática com dados de RDAs reais demonstrou sua eficácia na priorização das alternativas mais vantajosas. Os resultados indicaram que o Cenário 1 apresentou a melhor configuração para implementação de BFTs, enquanto o Cenário 5 se mostrou a alternativa menos favorável. Esta classificação das alternativas ajuda os gestores a tomar decisões, levando em conta tanto a proximidade com as melhores condições quanto a distância das piores. Para avaliar a confiabilidade e consistência dos códigos, empregou-se o PyTOPS, um software livre que possibilita várias simulações com alterações nos pesos dos critérios. Foram feitas 500 simulações, resultando em uma variabilidade reduzida entre os cenários, o que reforça a solidez do modelo e sua habilidade de gerar classificações consistentes mesmo com pequenas mudanças nos parâmetros. O modelo mostrou-se consistente e confiável, oferecendo um instrumento útil para avaliar a implementação de BFTs em RDAs. Espera-se que, com aprimoramentos futuros e integração de bases de dados, esta solução possa contribuir de maneira significativa para decisões estratégicas no setor de saneamento do Brasil.
Acesso aberto (Open Access)
Resíduos de gesso na construção civil: uma análise bibliométrica na base de dados eletrônica Web of Science
(Universidade Federal do Pará, 2021-11-05) FREITAS, Pablo Virgolino; ISHIHARA, Júnior Hiroyuki; http://lattes.cnpq.br/3498874642887006; https://orcid.org/0000-0002-0081-7913
O setor de construção civil se destaca pela exploração de recursos naturais e pela produção de resíduos que, em sua grande maioria, são indevidamente descartados na natureza, gerando graves consequências negativas ao meio ambiente. Visando minimizar os malefícios ocasionados pela má disposição dos Resíduos de Construção e Demolição - RCD, bem como elaborar formas alternativas de substituição de matéria-prima natural por resíduos reciclados, muitos estudos têm sido elaborados. Dentre os materiais que apresentam alto potencial de reciclagem, está o gesso, cujos resíduos já estão sendo utilizados como aglomerante, aditivos em cimento Portland, correção de solos, dentre outras formas de reciclagem. Diante disto, o presente estudo tem como objetivo analisar publicações científicas brasileiras e internacionais que tratam do reaproveitamento do gesso na construção civil, realizando um mapeamento bibliométrico na base de dados eletrônica Web of Science. O mapeamento foi realizado por meio de pesquisas exploratórias relacionadas a reutilização de resíduos de gesso em diversos artigos científicos. Foram coletadas palavras e expressões que apresentaram maior frequência de ocorrência nos artigos publicados. A busca no banco de dados resultou em 89 artigos, dos quais 42 continham informações sobre a reciclagem de resíduos de gesso na construção civil. Os artigos selecionados pertencem à autores de 19 países, sendo o mais representativo o Brasil, com 13 artigos. Por meio do software VOSviewer, elaborou-se mapas de rede, através dos quais, é demonstrado como os autores e instituições científicas se relacionam em relação à reciclagem de resíduos de gesso. Os resultados dos artigos aqui estudados compõem um portifólio através do qual pode-se verificar métodos eficazes de reaproveitamento desses resíduos, facilitando assim, a busca por terceiros a esse tipo de informação. O que pode vir a ajudar na formulação de mecanismos públicos que ajudem a melhorar a gestão de resíduos sólidos no Brasil, pois, através da rede social Instagram, estas informações serão disponibilizadas de maneira a atingir um público que vá além das fronteiras acadêmicas.
Acesso aberto (Open Access)
Viabilidade ambiental do tratamento do efluente industrial do dendê e uso na produção de biogás e biofertilizante
(Universidade Federal do Pará, 2024-03-28) GOMES, Emanuelle Regina Araújo; ISHIHARA, Júnior Hiroyuki; http://lattes.cnpq.br/3498874642887006; https://orcid.org/0000-0002-0081-7913
Os efluentes gerados nos setores agroindustriais são produzidos em grandes quantidades, especialmente aqueles oriundos do beneficiamento de um produto para uso comercial, como é o caso do dendê. Na busca por alternativas de tratamento e/ou reutilização, observa-se no efluente agroindustrial do dendê (POME – Palm oil mill effluent) a possibilidade de uso na produção de bioinsumo e biocombustível. Dessa forma, objetiva-se na presente dissertação avaliar a viabilidade do tratamento do efluente industrial do dendê e seu uso para produção de biogás e biofertilizante. A metodologia do trabalho consistiu na confecção de 10 biorreatores de bancada, adaptados com um sistema de controle automático, que permitiu quantificar as medidas de pressão, temperatura e concentração de metano através de sensores, possibilitando o tratamento por meio do sistema de digestão anaeróbia dos efluentes. Para o tratamento foi realizada a inoculação do efluente com um dos materiais sólidos resultantes das etapas de beneficiamento (borra do dendê), e realizou-se a análise físico-química dos parâmetros. Por fim, o sistema permitiu quantificar a produção de biogás e caracterizar o biofertilizante gerado no sistema. A análise dos resultados obtidos demonstrou que o tratamento do POME, aliado ao inóculo, promove melhores resultados para os parâmetros físico-químicos analisados na pesquisa, haja vista que as melhores condições ocorreram para a faixa de 30% de inóculo, ou seja, 700 ml de efluente + 300 ml de inóculo, apresentando viabilidade técnica de tratamento. No que diz respeito a produção do biogás e do biofertilizante, os indicadores de temperatura (20 a 45oC), pressão (1 atm) e produção de gás metano diária entre 0,26 e 0,44 ml do sistema de digestão anaeróbia demonstraram boas condições de operação no sistema, possibilitando a viabilidade de produção deles, através da utilização do efluente agroindustrial do dendê, permitindo uma possibilidade ambientalmente adequada ao resíduo, do ponto de vista da cadeia produtiva e ambiental.

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