Teses em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (Doutorado) - PRODERNA/ITEC
URI Permanente para esta coleçãohttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/4045
O Doutorado Acadêmico inicou-se em 2006 e pertence ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (PRODERNA) do Instituto de Tecnologia da UFPA (ITEC) da Universidade Federal do Pará (UFPA).
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Navegando Teses em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (Doutorado) - PRODERNA/ITEC por Afiliação "UFPA - Universidade Federal do Pará"
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Tese Acesso aberto (Open Access) Análise da transferência de calor convectiva por transformada integral em canais com paredes onduladas(Universidade Federal do Pará, 2019-12-13) MIYAGAWA, Helder Kiyoshi; QUARESMA, João Nazareno Nonato; http://lattes.cnpq.br/7826389991864785; https://orcid.org/0000-0001-9365-7498A abordagem híbrida numérica-analítica conhecida como Técnica de Transformação Integral Generalizada (GITT) é empregada na solução das equações de Navier-Stokes e de energia que matematicamente modelam a transferência de calor convectiva em canais com paredes onduladas. O escoamento é considerado laminar, incompressível e bidimensional envolvendo um fluido newtoniano com propriedades físicas independentes da temperatura, enquanto as temperaturas das paredes são mantidas constantes ao longo do comprimento do canal. É adotada a formulação de função corrente, que elimina o campo de pressão e satisfaz automaticamente a equação de continuidade. Extensivas análises de convergência são realizadas para os campos de função corrente e de temperatura, bem como para o produto do fator de atrito pelo número de Reynolds e para o número de Nusselt local, a fim de demonstrar a robustez do método. A verificação dos resultados da GITT também é realizada comparando a velocidade da linha central, o produto do fator de atrito pelo número de Reynolds, a temperatura média e o número de Nusselt local com resultados obtidos com o software comercial de simulação COMSOL Multiphysics demonstrando boa concordância. Também é analisada a influência dos parâmetros, como o número de Reynolds, amplitude da parede ondulada, número de ondas e fase entre as corrugações das paredes nos campos de velocidade, temperatura e geração de entropia, demonstrando sua importância para a intensificação de transferência de calor convectiva e para a otimização energética.Tese Acesso aberto (Open Access) Análise do processo de despolimerização de resíduos de resinas dentárias à base de pmma em diferentes escalas de produção(Universidade Federal do Pará, 2024-06-26) RIBEIRO, Haroldo Jorge da Silva; MACHADO, Nélio Teixeira; http://lattes.cnpq.br/5698208558551065; BORGES, Luiz Eduardo Pizarro; http://lattes.cnpq.br/8756886156388456; https://orcid.org/0000-0002-2337-4238Nos últimos anos, o uso crescente de plásticos trouxe benefícios econômicos e industriais, mas também gerou um aumento significativo na quantidade de resíduos, representando um desafio ambiental global. Nesse contexto, a pirólise emerge como uma tecnologia promissora, oferecendo potenciais soluções para lidar com o problema crescente dos resíduos plásticos e promover uma economia circular mais sustentável. Este trabalho investigou a decomposição térmica de resíduos dentários à base de poli(metacrilato de metila) (PMMA), com foco na caracterização termodinâmica e na otimização dos processos de pirólise em diferentes escalas de produção. As análises de Termogravimetria (TG) mostraram que os resíduos de PMMA são estáveis até 200 ºC, iniciando a degradação com perda progressiva de massa a partir dessa temperatura. A decomposição térmica foi observada em um único estágio, com um pico de decomposição a 366 ºC, dentro da faixa de 327 ºC a 405 ºC, predominantemente devido à despolimerização radical sob atmosferas inertes de nitrogênio e argônio. A análise de calor por DSC indicou um pico endotérmico entre 370 ºC e 433 ºC, destacando a complexidade dos processos envolvidos na pirólise. A caracterização energética revelou valores de 423 J/g para o calor integral, 1748 J/g para o calor de gaseificação e aproximadamente 820 J/g para o calor de decomposição, evidenciando discrepâncias que requerem investigações adicionais para compreensão completa. Em estudos com reatores de leito fixo semibatelada, observou-se que o gradiente de temperatura ao longo do leito teve impacto adverso no rendimento líquido e na concentração de MMA, especialmente nas escalas técnica e piloto, onde o gradiente foi mais pronunciado devido à espessura maior do leito. Duas variáveis críticas foram identificadas: a carga do reator e a carga de potência, cuja redução em escalas maiores resultou em temperaturas de pirólise mais baixas, impactando negativamente a produção de MMA. Além disso, foi constatado que as bordas do leito fixo apresentavam temperaturas mais altas, o que aumentou a produção de gás e reduziu o rendimento líquido. A análise da fração líquida revelou uma predominância de MMA no início da reação, com uma transição gradual para hidrocarbonetos aromáticos nos estágios finais, associada à pirolise de carvão remanescente, que se forma em maior quantidade com o aumento da escala de produção. Os resultados destacam a eficácia de temperaturas abaixo de 450 ºC na produção de frações líquidas ricas em MMA, mesmo em condições de gradiente de temperatura, ressaltando a importância de taxas de aquecimento moderadas para uma despolimerização eficiente em sistemas semibatelada. Essas descobertas oferecem informações valiosas para o design de reatores e são fundamentais para a avaliação econômica e otimização de processos de reciclagem de PMMA via pirólise em diferentes escalas de produçãoTese Acesso aberto (Open Access) Análise quase-estacionária de pequena turbina eólica com pás curvadas(Universidade Federal do Pará, 2023-10-20) VELOSO, Mauro José Guerreiro; CHAVES NETO, Antônio Maia de Jesus; http://lattes.cnpq.br/3507474637884699; VAZ, Jerson Rogério Pinheiro; http://lattes.cnpq.br/1623983294183975Nos últimos anos, o crescimento da potência instalada em energia renovável tem se destacado no Brasil, em particular a energia eólica, que registou um crescimento de 14,3% entre os anos de 2021 e 2022, segundo dados do anuário estatístico energético nacional de 2023. Apesar desse contexto, relatos mostram que o Brasil enfrenta diversos entraves na geração por energia eólica dentre eles a pesquisa e o desenvolvimento nessa temática. Nesse ambiente, pesquisadores têm realizado estudos em energia renováveis, e, especialmente, em análise de desempenho e projeto em turbinas eólicas, com o propósito de mitigar tal lacuna. Entretanto, essas pesquisas não contemplam análise de desempenho na partida de pequenas turbinas eólicas com diferentes curvaturas de pás. Nesse sentido, este trabalho tem como objetivo principal analisar a influência de diferentes ângulos de curvatura da pá no desempenho durante a partida do conjunto acoplado turbina-gerador, a partir da aplicação da hipótese de regime quase-estacionário, do método estendido de Palmgren e da teoria do elemento de pá. Os resultados experimentais de medições em turbinas de pás retas, disponíveis na literatura, foram empregados como referência e para validação da metodologia. As simulações numéricas mostram que, durante a partida, as turbinas de pás retas e pás curvadas para frente partem em menor tempo, são cerca de 19,9% mais rápidas na partida, e a velocidade do vento mínima necessária para partida é 10,7% menor que das turbinas de pás curvadas para trás. Os resultados mostram, ainda, que as turbinas de pás em arco e curvadas para trás incrementam em até 5,86% o torque dissipativo e aumentam em 22% os esforços dinâmicos em relação às turbinas de pás retas. Esses resultados refletem a importância da geometria da pá no desempenho da turbina e ressaltam a existência de um ângulo de curvatura na qual a turbina apresenta melhor desempenho em relação a outras configurações de curvaturas de pás.Tese Acesso aberto (Open Access) Aplicação da técnica da transformada integral generalizada e do método de Monte Carlo via cadeia de Markov na dinâmica de transporte de massa e cinética em biossensores SPR(Universidade Federal do Pará, 2026-04-30) MOURA, Carlos Henrique Rodrigues de; QUARESMA, João Nazareno Nonato; http://lattes.cnpq.br/7826389991864785; https://orcid.org/0000-0001-9365-7498; MACÊDO, Emanuel Negrão; PONTES, Péricles Crisiron; VIEGAS, Bruno Marques; COTTA, Renato Machado; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505; http://lattes.cnpq.br/4114994248612791; http://lattes.cnpq.br/1196600058247902; http://lattes.cnpq.br/2974805638656106; *******; https://orcid.org/0000-0002-1787-9344; https://orcid.org/0000-0002-2768-652X; https://orcid.org/0000-0003-0965-0811O estudo das interações biomoleculares é essencial para a biologia e a farmacologia, sendo os biossensores de Ressonância de Plásmons de Superfície (SPR) ferramentas de referência devido à sua capacidade de detecção em tempo real e sem o uso de marcadores (label-free). No entanto, a análise precisa e acurada das constantes cinéticas a partir de dados brutos é frequentemente dificultada por limitações de transporte de massa (MTL) e pela complexidade intrínseca das reações na superfície do sensor. Diante deste desafio, a presente tese propõe uma abordagem híbrida inovadora para a modelagem matemática e a estimação de parâmetros em biossensores SPR, unindo métodos numérico-analíticos e inferência estocástica. Para a resolução do problema direto, foram formulados modelos matemáticos baseados em equações diferenciais parciais de convecção-difusão acopladas à reação de superfície. A tese expande as abordagens tradicionais e analisa três mecanismos de interação: o modelo de ligação de Langmuir 1:1, o modelo de ligação sequencial em dois sítios (para analitos bivalentes) e o modelo de ligação competitiva (dois analitos competindo por um mesmo sítio). Tais sistemas foram resolvidos com a Técnica da Transformada Integral Generalizada (GITT). O desempenho do método foi verificado por comparação com o Método das Linhas (MoL) e com dados da literatura, revelando que a GITT garante controle automático de erro, alta precisão e notável eficiência computacional frente a abordagens puramente numéricas. Para o problema inverso, a pesquisa aplicou a inferência estatística bayesiana via método de Monte Carlo por Cadeias de Markov (MCMC), utilizando o algoritmo de Metropolis-Hastings. Este método foi empregado para estimar os parâmetros cinéticos de associação e dissociação. A verificação inicial dos códigos foi realizada com dados simulados corrompidos por ruído gaussiano, nos quais as cadeias de Markov convergiram para os valores exatos. Posteriormente, o modelo foi validado com dados experimentais reais da interação entre a proteína spike (RBD) do SARS-CoV-2 (tipos selvagem e quimérico) e a enzima humana ACE2. A metodologia estimou os parâmetros cinéticos em boa concordância com a literatura, demonstrando que a variante quimérica possui maior afinidade de ligação. Conclui-se que o arcabouço integrando GITT e MCMC preenche uma importante lacuna na análise de SPR. Ele possibilita a avaliação precisa de interações moleculares complexas sob limitação de transporte, além de fornecer distribuições completas a posteriori e quantificação rigorosa de incertezas, resultando em diagnósticos e interpretações cinéticas altamente confiáveis.Tese Acesso aberto (Open Access) Biocompósito a partir de PLA, Biovidro e Nanotubos de Carbono por Impressão 3D visando Regeneração Óssea(Universidade Federal do Pará, 2023-03-31) VASCONCELOS, Esleane Vilela; REIS, Marcos Allan Leite; http://lattes.cnpq.br/8252507933374637; https://orcid.org/0000-0003-2226-2653; CANDIDO, Verônica Scarpini; http://lattes.cnpq.br/8274665115727809; https://orcid.org/0000-0002-3926-0403O comprometimento ósseo promovido pelo envelhecimento e acidentes tem despertado o interesse em biomateriais e tecnologias para fins de regeneração óssea. Assim, a tecnologia de impressão 3D ganhou destaque na produção de scaffolds devido à sua versatilidade na produção de geometrias complexas com poros interligados. Neste trabalho, scaffolds compostos de poli (ácido lático) (PLA), biovidro (BV) e nanotubos de carbono (NTC) foram produzidos por impressão 3D, utilizando geometria hexagonal, semelhante a favo de mel, intercalado. O poli (ácido lático) é um biopolímero já usado em biomateriais, já o biovidro tem se mostrado uma ótima estratégia para uso em regeneração óssea devido suas excelentes propriedades de biocompatibilidade, bioatividade e osteointegração, contudo possuem baixa resistência mecânica e, os nanotubos de carbono tem mostrado excelente reforço mecânico em biomateriais compósitos. Assim, o objetivo principal deste estudo foi produzir e caracterizar um biocompósito de PLA, biovidro e nanotubos de carbono por impressão 3D e estudar sua estrutura química, cristalinidade e morfologia, usando espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier, espectroscopia Raman, difratometria de raios X e microscopia eletrônica de varredura. A estabilidade térmica do compósito foi avaliada por termogravimetria, as propriedades mecânicas por ensaios de compressão e a viabilidade celular foi determinada pelo teste Alamar Blue. O biovidro foi sintetizado por método sol-gel apresentando fases bioativas de silicato. Os scaffolds foram produzidos por impressão 3D com estruturas hexagonais em favo de mel em PLA,PLA/BV e PLA/NTC que foram impregnados com biovidro em sua superfície. Os resultados dos scaffolds demonstraram poros interconectados e bem definidos, variando de 130 µm a 800 µm. Espectroscopia Raman confirmou a interação do BV na matriz polimérica por meio de novos picos no espectro entre 1400 e 2600 cm-1 e a presença das bandas D, G e 2D dos NTC. No ensaio de compressão, os scaffolds de PLA com 2 mm de diâmetro demonstraram maior tensão de compressão de 14,88 ± 2,35 MPa, enquanto o PLA/NTC maior módulo de compressão aparente, de 0,58 ± 0,36 GPa. Na viabilidade celular, os testes estatísticos mostraram que não houve uma diferença significativa entre os scaffolds com 2 e 4 mm de diâmetro. Os resultados revelam resultados promissores para o uso dos compósitos impressos em 3D no reparo ósseo esponjosos. Assim, sugerimos o compósito de PLA/NTC de 4mm impregnado com BV na superfície como melhor substituto ósseo, entretanto, a aplicação em implantes permanece limitada em relação à integração osteogênica.Tese Acesso aberto (Open Access) Concentração e bioensaios alelopáticos e antifúngicos de princípios ativos da raiz de timbó via extração com CO2 supercrítico, extração com solventes e adsorção de soluções diluídas em leito fixo.(Universidade Federal do Pará, 2014-12-18) ALMEIDA, Ossalin; ARAÚJO, Marilena Emmi; MACHADO, Nélio TeixeiraTese Acesso aberto (Open Access) Custo de oportunidade (trade-off) para diferentes estratégias de manutenção de trilhos ferroviários na Amazônia(Universidade Federal do Pará, 2022-12-22) CURCINO, Gabrielle dos Anjos; BRAGA, Eduardo de Magalhães; http://lattes.cnpq.br/4783553888547500A manutenção emergencial dos ativos ferroviários na Amazônia brasileira tem gerado perdas de receita e custos de oportunidade. O objetivo geral deste estudo foi identificar a importância do custo de oportunidade na tomada de decisão para estratégias de manutenção corretiva e preventiva. A metodologia propôs a modelagem das variáveis referentes aos dados econômicos e operacionais da manutenção ferroviária nos últimos dez anos, por aprendizado de máquina não paramétrico Gradient Boosting Regression Tree, e hibridizando-o com a análise do custo de oportunidade para o trade-off decisão de uma ferrovia de minério na Amazônia brasileira. Os resultados mostraram que o GBDT foi eficiente em ajustar os dados de treinamento com r2 igual a um. Da mesma forma, os dados do teste apresentaram valores de r2 satisfatórios, próximos a um, onde se obteve o grau de importância das variáveis independentes na predição das variáveis dependentes. O método de Pearson foi utilizado para construir a matriz de correlação para cada par de variáveis. A partir do modelo gerado, foram criados oito grupos de previsão para o ano de 2022. Em seguida, foram estabelecidos níveis de conflito, sugeridos pela literatura econômica, entre os cenários de previsão, onde o custo de oportunidade foi identificado entre as alternativas com melhor benefício às estratégias de manutenção. Dessa forma, o custo de oportunidade aliado ao aprendizado de máquina serve como um instrumento para auxiliar as empresas na busca por melhores decisões de manutenção, o que contribui para o aprimoramento da gestão dos ativos ferroviários. O estudo do custo de oportunidade a partir de uma análise trade off baseada em predições do custo das estratégias de manutenção através da modelagem por Machine Learning - Gradient Boosting Regression é um objetivo inédito na literatura.Tese Acesso aberto (Open Access) Descontaminação de máscaras N95 em hospital público de Belém/PA: apresentação e avaliação de protocolo simplificado(Universidade Federal do Pará, 2024-11-25) MATTOS, Simone Lopes de; DIAS, Carmen Gilda Barroso Tavares; http://lattes.cnpq.br/2113791118142177A autora apresenta protocolo de descontaminação de máscaras de filtro N95 por meio da irradiação ultravioleta de ondas-curtas (UV-C), assim como, resultados da testagem microbiológica de validação do dispositivo UV-C e de pesquisa qualitativa sobre a adesão de profissionais do Hospital Universitário João de Barros Barreto, do Complexo Hospitalar Universitário da Universidade Federal do Pará (HUJBB), ao referido protocolo. Os testes microbiológicos demonstraram a eficácia do protocolo de descontaminação, pois não houve crescimento bacteriano em meios de cultura inoculados com esfregaços de máscaras usadas no hospital e descontaminadas no dispositivo UV-C, o que comprovou a eficiência germicida da irradiação UV-C. Os resultados da pesquisa qualitativa apontam para adesão dos profissionais da enfermagem à prática de descontaminação das máscaras, reconhecendo a praticidade e a contribuição do protocolo para a biossegurança e segurança ocupacional. Como parte do mesmo protocolo, é apresentada uma alternativa de embalagem para armazenamento das máscaras nos intervalos de uso das máscaras N95, considerando sua reutilização segura. O protocolo apresenta, ainda, como vantagens: o baixo custo e a praticidade de uso, além de contribuir para a redução do lixo infectante.Tese Acesso aberto (Open Access) Desenvolvimento de ligas de alumínio nanoestruturadas para a utilização em cabos elétricos(Universidade Federal do Pará, 2023-03-15) PRAZERES, Emerson Rodrigues; SOUZA, José Antônio da Silva; http://lattes.cnpq.br/6157348947425968; BRAGA, Eduardo de Magalhães; http://lattes.cnpq.br/4783553888547500Nanocompósitos de alumínio demonstram capacidade de melhorias nas propriedades mecânicas, condutividade térmica e elétrica. Para o alumínio, a incorporação de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPM) usando métodos de fusão convencionais é um problema antigo, devido a desintegração das paredes dos nanotubos de carbono quando submetidos a altas temperaturas. Neste estudo, nanocompósitos de alumínio foram fabricados pelo método de fundição convencional, usando pó de aço inoxidável (304LSS), silício e níquel nanoestruturados. Os nanotubos de carbono foram tratados com peróxido de hidrogênio, permitindo adesão por interação polar com as partículas dos pós-metálicos. Os compostos nanoestruturados foram adicionados a matriz de alumínio por meio de fundição convencional. Após a obtenção do material como fundido, ele passou pelo processo de usinagem para o diâmetro de 18,5 mm e em seguida pelo processo de trabalho a frio até ser obtido o diâmetro de 3,0 mm. As ligas foram caracterizadas mecanicamente através de ensaio de tração e de microdureza, eletricamente através do ensaio de resistência elétrica, por ponte kelvin de 2 pontas, e estruturalmente através das análises de macroestrutura e microestrutura. O pó 304LSS adicionou elementos de liga, refinou os grãos e o NTC proporcionou melhor desempenho do condutor elétrico, com ganhos de condutividade elétrica na faixa de 10%. Os compostos nanoestruturados com Si não contribuíram para ganhos significativos de condutividade elétrica das ligas quando associados aos nanotubos de carbono, mas evitaram perdas significativas dessa característica e causaram ganhos de até 40% no LRT. Já as ligas com Ni e nanotubos de carbono contribuíram para ganhos significativos de condutividade elétrica e LRT, com a liga com 2% de níquel e 0,1% de NTC apresentando ganhos de aproximadamente 8% nas propriedades elétricas e mecânicas. As ligas nanoestruturadas também se mostraram superiores em termos de propriedades elétricas e mecânicas que ligas comerciais.Tese Acesso aberto (Open Access) Eletrodeposição e caracterização de revestimento de cobre/nanotubos de carbono dopados com iodo em fios de alumínio liga 1350(Universidade Federal do Pará, 2023-09-19) RODRIGUES, Fabrício Augusto dos Santos; LEITE, Marcos Allan Reis; http://lattes.cnpq.br/8252507933374637Nanocompósitos baseados em cobre e nanotubos de carbono (Cu/NTC) em matriz metálica vem proporcionando melhorias nas propriedades elétricas e térmicas dos materiais, apresentando grande potencial de aplicação em áreas como o setor elétrico. Grandes desafios são encontrados na transmissão e distribuição de energia elétrica, como perdas técnicas, principalmente por efeito Joule, resultando em baixa eficiência dos condutores convencionais de alumínio (Al). Neste sentido, novos condutores nanoestruturados foram desenvolvidos baseados em cobre/nanotubos de carbono funcionalizados e dopados com iodo (Cu/NTC-f), como revestimento de fios de alumínio Al 1350, utilizando o processo de deposição eletroforética em solução de CuSO4, sob correntes elétricas de 1,2 A, 1,5 A e 1,8 A, foram investigados quanto as suas propriedades elétricas e mecânica. Os condutores Al@Cu/NTC-f foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura; difração de raios-X; espectroscopia Raman; ensaio de tração, além de medições elétricas, em temperatura ambiente e sob aquecimento, via ponte de Kelvin. Os resultados mostram um aumento de aproximadamente 18% do IACS com boa estabilidade sob aquecimento em comparação ao condutor de Al comercial Al 1350, devido as propriedades intrínsecas dos NTCs, funcionalização, boa dispersão e ao efeito dopante do iodo, confirmado por espectroscopia Raman com efeitos redshifts nas sub-bandas de Gint e Gext. A morfologia característica dos filmes finos de Cu/NTC-f, apresentaram estruturas piramidais, aglomerados, estruturas de cobre envolveram os NTCs, bem como NTCs eletrodepositados homogeneamente no substrato de Al com boa cristalinidade, cultivados nas direções CuI (311) e Cu (220), Cu (200), favorecendo a formação de filmes finos com boa cristalinidade. Este método de eletrodeposição de Cu/NTC-f na superfície de fios metálicos mostra-se promissor para a produção de condutores metálicos nanoestruturados de alta ampacidade, estabilidade térmica, baixa densidade e alto desempenho, aplicados em linhas de transmissão de energia elétrica.