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

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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
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Análise do ciclo de vida da cadeia da banana na região do Lago de Tucuruí
(Universidade Federal do Pará, 2018-07-20) PINHEIRO, Joana Cláudia Zandonadi; MESQUITA, Andre Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662; GOMES, Luiz Moreira; http://lattes.cnpq.br/7074266533007983
Este trabalho trata da análise do ciclo de vida da banana na região do Lago de Tucuruí, no Estado do Pará. São quantificados os impactos ambientais desse produto e sua cadeia produtiva. Também é avaliado o potencial de beneficiamento, visando o incentivo de sua produção na região. Foram visitados produtores de banana regionais, em suas propriedades, onde se realizou o mapeamento dos fluxos do ciclo de vida desse produto, desde o plantio até a venda. A metodologia aplicada na pesquisa envolve a ferramenta Análise do Ciclo de Vida (ACV), que permite a visualização das contribuições ambientais e econômicas de cada processo produtivo. Essa ferramenta possibilita focar a análise na redução dos impactos ambientais e em melhores práticas de processamento e custos do beneficiamento do produto. Os resultados obtidos mostram que as Propriedades estudadas têm índices de emissões de impactos ambientais semelhantes a outras estudadas no mundo e que as fases do plantio até a formação do fruto apresentam índices de emissões elevados, de modo que se faz necessária a aplicação de melhores práticas aos processos, para que haja potenciais reduções dos impactos ambientais gerados. A ferramenta ACV utilizada foi de extrema importância para identificação dos fatores que impactam nos problemas da produção agrícola. Assim, podem-se propor melhorias no uso dos recursos da natureza para as propriedades estudadas, buscando-se a conservação e sustentabilidade, para gerações futuras.
Acesso aberto (Open Access)
Avaliação de modelo de elemento de pá aplicado a turbinas eólicas com difusores através de análise CFD
(Universidade Federal do Pará, 2023-05-30) BEZERRA, Waldson Melo; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
O efeito do difusor em turbinas de fluxo livre mostra uma possibilidade de atingir um coeficiente de potência maior que uma turbina clássica, ultrapassando o limite de Betz. O presente trabalho avalia o efeito do difusor com perfil Eppler 423 acoplado em uma turbina eólica de eixo horizontal com rotor de perfil NACA 65(3)-618 com 4 pás. Utilizando a dinâmica dos fluidos computacional (CFD, Computational Fluid Dynamics), simulações numéricas foram realizadas possibilitando obter mais informações sobre o escoamento do fluído e o aumento na potência extraída para configurações com e sem difusor para a velocidade de escoamento de 7 m/s. Considerando as dimensões da seção de testes, os resultados obtidos nas análises CFD foram validados usando resultados experimentais, onde o conjunto rotor e difusor estavam confinados em um túnel de vento. Observou-se que o acoplamento do difusor na turbina aumentou consideravelmente a velocidade do escoamento, proporcionando um acréscimo de 37% em relação a velocidade inicial. Resultados apontaram um aumento no coeficiente de potência na ordem de 45,45% com a utilização do difusor, para a mesma velocidade de escoamento, 7 m/s. Assim, através dos resultados obtidos numericamente neste trabalho, foi possível obter dados confiáveis para a avaliação de um modelo específico de Blade Element Momentum (BEM) aplicado à turbinas eólicas com difusores, que é empregado para analisar o projetos de rotores de turbinas e difusores. Apesar dos bons resultados do modelo BEM, o presente estudo indica possíveis melhorias para a consistência da modelagem.
Acesso aberto (Open Access)
Cálculo de ar induzido pela queda livre de materiais granulares via CFD
(Universidade Federal do Pará, 2021-12-17) LIMA, Leandro Ferreira Borba; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
A proposta desse trabalho consiste em apresentar um método de análise via ANSYS-Fluent utilizando a ferramenta DDPM (Dense Discrete Phase Model) do modelo multifásico euleriano visando um melhor entendimento do fluxo de material granulado juntamente com o ar induzido adjacente devido ao arraste proporcionado pelas partículas em queda livre, o que resultam na geração e propagação de poeira, executando simulações com materiais onde é variando densidade e diâmetros de partículas diferentes. O uso desta ferramenta de análise possibilitará a melhoria e aprimoramentos de projetos de despoeiramento nas indústrias que trabalham com materiais granulares que emitam poeira. As simulações realizadas foram comparadas com outros métodos computacionais e experimentos práticos, além de fórmulas teóricas desenvolvidas anteriormente.
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Critério do coeficiente de pressão mínimo aplicado ao dimensionamento de bombas axiais: caso de estudo para um túnel de água circulante
(Universidade Federal do Pará, 2022-12-15) RAMALHO, Rodolfo Vitorino Correia; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
É apresentada uma análise do coeficiente de pressão no lado de sucção de pás como critério de dimensionamento de bombas axiais. Um modelo CFD tridimensional é desenvolvido e validado a partir de ensaios experimentais disponíveis na literatura. O modelo utiliza o método dos volumes finitos através do software comercial Ansys CFX. Na etapa de aplicação do critério é utilizado o software X-Foil para a determinação dos coeficientes de sustentação e arrasto dos perfis do rotor. Um caso de estudo é apresentado para o dimensionamento de bombas axiais para um grande túnel de recirculação, a ser empregado para ensaios de embarcações, estruturas navais e turbinas hidrocinéticas. Especial atenção é dada para as condições de cavitação da bomba. O critério do coeficiente de pressão mínimo é então avaliado pelo modelo CFD, encontrando bom rendimento para a bomba dimensionada.
Acesso aberto (Open Access)
Desenvolvimento de sistema de diagnóstico de falhas em roletes de transportadores de correia
(Universidade Federal do Pará, 2024-03-28) SOARES, João Lucas Lobato; MESQUITA, Alexandre Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/3605920981600245; https://orcid.org/0000-0001-5605-8381
Os transportadores de correia são equipamentos essenciais na indústria de mineração e requerem monitoramento constante para manter uma boa confiabilidade. Com o objetivo de suportar a correia e o material transportado, os roletes são componentes que, constantemente, falham durante a operação, nos quais apresentam defeitos nos rolamentos e desgaste superficial na concha como modos de falha mais comuns. Assim, o monitoramento baseado em manutenção preditiva é essencial, e técnicas de aprendizado de máquina podem ser utilizadas como alternativa para detecção de falhas em equipamentos. Em diagnósticos utilizando aprendizado de máquina, a etapa de seleção de features é importante para evitar a perda de precisão na classificação da condição do equipamento. O presente estudo analisa o desempenho do algoritmo de árvore de decisão e Análise de Variância (ANOVA) como métodos alternativos para redução de dimensionalidade. Inicialmente, os sinais de vibração foram coletados nos roletes de uma bancada de transportador de correia e a Wavelet Packet Decomposition (WPD) foi aplicada aos sinais para obtenção das faixas de energia, que foram utilizadas como features para classificação. Após a determinação das melhores features, duas abordagens foram analisadas para seleção de características: uma com a aplicação do método sem redução de dimensionalidade e outra com a aplicação da árvore de decisão. Adicionalmente, foram empregados diferentes algoritmos de classificação: Máquina de Vetores de Suporte (SVM), k-ésimo Vizinho mais Próximo (kNN) e Rede Neural Artificial (ANN). Como resultados, constatou-se um desempenho superior de acurácia diagnóstica em todas as técnicas com redução de dimensionalidade das características selecionadas pela árvore de decisão. Além disso, SVM, kNN e ANN apresentaram aumentos de acuracidade dentre os modelos de diagnóstico de falha abordados.
Acesso aberto (Open Access)
Desenvolvimento de túnel de vento para avaliação de bicos de pulverização no abatimento de poeira
(Universidade Federal do Pará, 2024-12-20) SANTOS, Danilo Silva; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
A mineração é extremamente importante econômica e socialmente para a indústria, com destaque para o minério de ferro, mas, junto com seus benefícios, acompanham impactos ambientais gerados de diferentes formas, como a poeira. Tal inconveniente tem causado transtornos aos empreendimentos mineiros, como parada de produção e pesadas multas, assim como problemas para as pessoas que trabalham nas empresas e comunidades dos entornos, devido aos problemas de saúde associados com a inalação da poeira e sujidade dos ambientes tornando-os insalubres e desvalorizados. Mecanismos de controle de poeira têm sido largamente estudados e um destes é o controle de poeira utilizando pulverização de soluções supressoras. Estudar a eficiência dos bicos de sprays se torna de grande importância e testes em bancadas atuam como meios eficientes de entender o mecanismo de abatimento de poeira de minérios. Tem sido comum pesquisas utilizar tuneis de vento. Desta forma foi construído um túnel capaz de avaliar cinco bicos diferentes e suas eficiências na supressão de pellet feed e sínter feed em duas velocidades a diferentes pressões de água. Concluiu-se que o túnel é capaz, por meio da metodologia usada, de avaliar e comparar o melhor bico demonstrando ser uma ferramenta importante na consolidação deste conhecimento no Laboratório de Fluidodinâmica e Particulados.
Acesso aberto (Open Access)
Desenvolvimento de um túnel para secagem e emissão de minério em condições ambientais controladas
(Universidade Federal do Pará, 2021-12-15) SILVA, Artur José Cunha da; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
A emissão de poeira está presente nas várias etapas da indústria mineral, da extração nas minas ao carregamento dos navios nos portos. O transporte em vagões ferroviários, armazenamento em pátios de estocagem e o manuseio são três grandes fontes emissoras de particulados para a atmosfera. A poeira em suspensão não afeta apenas o ambiente local, pois o vento transporta o particulado e leva transtornos à centros urbanos próximos às malhas ferroviárias e portos. As partículas maiores se depositam nas superfícies, resultando em poluição visual, e as partículas menores, não visíveis, com tamanho entre 10 e 2,5𝜇𝑚 são facilmente inaláveis e se alojam no tecido pulmonar, podendo provocar irritação ou necrose. A emissão de poeira é potencializada pelas condições atmosféricas locais, que provocam a evaporação da umidade superficial do minério úmido, quebrando as pontes de líquido que mantém as partículas ligadas entre si. Visando o estudo da dinâmica de secagem de minérios, realizou-se o projeto e a construção de um túnel de secagem, composto por um túnel de vento, equipamentos de refrigeração, aquecimento e umidificação que são interligadas por um sistema de supervisão e controle. A utilização da bancada para estudos de secagem utilizando sínter feed mostrou-se satisfatória, pois a temperatura se manteve estabilizada no setpoint durante o tempo de secagem, refletindo a boa calibração do controlador PID de temperatura. A umidade e a massa de minério foram medidas e registradas automaticamente através de uma balança e um sensor de umidade capacitivo posicionados na seção de testes da bancada. As curvas de secagem apresentaram períodos de taxa constante e taxa decrescente apenas nas condições climáticas mais leves. Nas maiores temperaturas e velocidades foram observados apenas o período à taxa decrescente de secagem, evidenciando a influência das condições do ambiente sobre a dinâmica de secagem. Portanto, este trabalho deixa como contribuição o túnel de secagem para futuras pesquisas e um banco de dados experimentais para calibração de modelos numéricos e formulação de modelos matemáticos para previsão de secagem.
Acesso aberto (Open Access)
Determinação experimental da vazão de despoeiramento na descarga de carvão coqueificável
(Universidade Federal do Pará, 2021-02-26) CHAVES, Gabriel Guedes; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
Os mecanismos de controle de poeira durante os processos industriais são frequentemente realizados por meio dos métodos de bicos de pulverização ou por sistemas de exaustão, dotados de filtros mangas. O trabalho a seguir tem por objetivo desenvolver um método experimental para determinar o volume de exaustão em diferentes quantidades de materiais e distintas alturas de descarga de material. É apresentado um protocolo de ensaio para dimensionar sistemas de exaustão para quaisquer materiais, vazão mássica e altura de queda, sendo utilizado um método experimental no qual simula a queda de material com intuito de avaliar valores de vazão de despoeiramento experimentais para um sistema de ventilação industrial. Apresenta-se uma revisão de literatura dos modelos empíricos atuais de volume de exaustão. A correlação da metodologia é feita através da concentração de partículas respiráveis medidas pelo equipamento de medição com os dados de vazão de exaustão. Os resultados apresentados são para o carvão, comparando correlações existentes e sugeridas com os dados experimentais para três diferentes alturas de queda. Espera-se assim, amparar engenheiros projetistas no dimensionamento dos sistemas de exaustão industrial, diminuindo os danos causados pelas partículas finas nos trabalhadores e na população que vive próximo a fonte poluidora.
Acesso aberto (Open Access)
Dimensionamento de soluções acústicas para máquina aplicada à extração de fibras do pseudocaule da bananeira
(Universidade Federal do Pará, 2020-02-28) SILVA, Geanilson Brito da; MESQUITA, Alexandre Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/3605920981600245; https://orcid.org/0000-0001-5605-8381
A Região de Integração (RI) do Lago de Tucuruí destaca-se pela produção de banana no estado do Pará, tornando-o um dos principais produtores do fruto. Contudo, os rendimentos dos agricultores da região com a bananicultura restringem-se somente à venda do fruto, descartando as demais partes da bananeira, que podem ser aproveitadas para manufatura de produtos com maior valor agregado. Com o aproveitamento principalmente, das fibras do pseudocaule da bananeira, diversos produtos podem ser gerados, impulsionando o desenvolvimento da bananicultura na região e promovendo um aumento de emprego e renda. Visando este crescimento socioeconômico da RI Lago de Tucuruí, o presente trabalho apresenta, em sua primeira parte, uma análise da máquina de extração de fibras do pseudocaule da bananeira na Universidade Federal do Pará, Campus de Tucuruí, que atenderá aos pequenos produtores e cooperativas de agricultores da região. Na operação da máquina, verificou-se que esta apresenta problemas de ruído. Os níveis de pressão sonora medidos no entorno da máquina estão acima dos limites normativos. Desta forma, foram realizados estudos para a definição de soluções acústicas visando a resolução do problema. Na segunda parte, o foco principal deste trabalho consiste em apresentar as soluções acústicas para máquina de extração de fibra, incluído a especificação de isoladores de vibração, troca de ventoinha do motor elétrico e dimensionamento de enclausuramento parcial da máquina.
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Dispersão de energia em um cristal granular hexagonal decorado
(Universidade Federal do Pará, 2024-02-29) RAMOS, Jorde Anthonny Alves; MACHADO, Luis Paulo Silveira; http://lattes.cnpq.br/0702289670734922; https://orcid.org/0000-0003-1587-3632
O cristal granular hexagonal decorado consiste em grãos esféricos principais dispostos em uma matriz hexagonal bidimensional, com pequenos grãos esféricos preenchendo os espaços intersticiais. Esses grãos adicionais mal tocam os principais, aumentando o numero de contatos por grão. Além disso, todos os grãos estão inicialmente em repouso, com velocidades nulas. Para comparação, utilizamos resultados de um arranjo semelhante sem decoração (ou seja, sem grãos intersticiais). Investigamos as respostas mecânicas de ambos os arranjos granulares a incidência pontual de um grão externo. Nossa analise concentrou-se em como a energia mecânica é dispersa e mitigada após um único impacto inicial. O modelo proposto confirmou o papel significativo dos grãos intersticiais no cristal granular. O arranjo decorado demonstrou um comportamento acelerado da frente de onda de energia, tanto em sua mitigação quanto em sua propagação. Em nossa analise das orientações de dispersão de energia, descobrimos que o arranjo decorado exibe uma maior mitigação de energia e reorientação da energia de retorno em comparação com o arranjo não decorado. Assim, a adição de grãos intersticiais promove um maior retorno de energia mecânica ao meio externo de origem. Concluímos que, com a decoração adequada, um cristal granular poderia atuar como uma barreira contra impactos fortes.
Acesso aberto (Open Access)
Estabilidade da geração de energia em usinas hidrelétricas com turbinas Francis reversíveis: estudo de caso UHE Tucuruí
(Universidade Federal do Pará, 2023-10-16) MADUREIRA, Angelo Torres; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
Projetos de usinas hidrelétricas reversíveis estão consolidados no cenário energético internacional desde a década de 70, sendo cada vez mais recorrentes, como solução em serviços ancilares para integração com fontes de energia intermitente (FEI) nos horários de ponta. No Brasil, a vultuosa base de geração hidrelétrica, permitiu adiar essa necessidade por longo período. A UHE Tucuruí, última usina hidrelétrica da cascata do Rio Tocantins é um marco da Engenharia nacional. Dotada de duas casas de força com potência instalada de 8.535 MW, tem sido grande responsável pela regulação das FEI no Brasil em especial as eólicas da região nordeste. Suas turbinas Francis da Casa de força 1 possuem potência nominal de 350 MW cada uma, vazões máximas de 600 m3/s, rotores Francis com diâmetro de 8,15m com 12 pás e velocidade específica de 86,9 rpm.m3/4 são máquinas de considerável capacidade e vem sendo utilizadas vastamente pelo ONS para regulação de potência. Contudo, o modelo usado para o de despacho de carga apresenta evidentes sinais de esgotamento, quando se analisa o crescimento do acúmulo de danos eletromecânicos nas unidades geradoras. Uma possibilidade de atenuação da severidade de danos e aumento da estabilidade da geração é a conversão parcial de unidades geradoras para TR (Turbina Reversível) funcionando em curto-circuito hidráulico, com fins de estabilização de potência despachada e consequente redução da frequência de partidas e paradas. Este trabalho apresenta a elaboração de uma metodologia para prever o comportamento hidromecânico de turbinas Francis convertidas em turbinas reversíveis em usinas hidrelétricas. É utilizado, preliminarmente, um modelo matemático unidimensional baseado na aplicação da equação de Euler para os modos turbina e bomba. É formado o triângulo de velocidades à entrada e saída do rotor, para uma análise preliminar de do escoamento no rotor Francis. São produzidas curvas características de vazão, torque e potência das turbinas reversíveis, baseada em correlações estatísticas de máquinas existentes, obtidas na literatura. Ao final, o modelo hidro energético é validado e um estudo de caso é apresentado na UHE Tucuruí. Os resultados indicam uma viabilidade técnica de estabilidade da operação com redução de partidas e paradas de unidades geradoras não convertidas. Nas curvas adimensionais geradas, não foi possível obter a condição ótima de rendimento em modo bomba, com adoção do mesmo rotor Francis existente. Desta forma, modificações de projeto mecânico e elétrico das unidades geradoras devem ser realizados para alcance de uma operação mais estável e segura. O uso de turbinas reversíveis neste trabalho não se presta para fim de aumento de armazenamento energético, mas sim para fins de estabilidade da operação das máquinas e redução de danos eletromecânicos, o que para este fim se apresenta viável tecnicamente.
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Experimento em escala de emissão de poeira no processo de empilhamento
(Universidade Federal do Pará, 2022-03-25) CASTRO, Maycon Magalhães; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662; MACHADO, Luis Paulo Silveira; http://lattes.cnpq.br/0702289670734922; https://orcid.org/0000-0003-1587-3632
A emissão de poeira pode levar a problemas de saúde, riscos de explosão, segregação de materiais e poluição ambiental. Por isso, deve-se compreender os parâmetros relacionados à geração de poeira para aprimorar técnicas de controle da emissão de particulados. A redução de poeira com base na pulverização via spray é o principal método para prevenir e controlar a emissão de poeira no empilhamento de minério. As técnicas de supressão de poeira nos pontos de transferência da correia transportadora podem ser subdivididas em aspersão do material e captura de partículas fugitivas. Para analisar os parâmetros associados à geração de poeira durante o empilhamento de minério, foi desenvolvido uma bancada de transportadores em escala para testes de supressão de poeira via spray de água. Esta instalação está equipada com bicos de pulverização, cuja localização relativa na esteira pode ser ajustada e a velocidade do transportador também pode ser controlada. O jato de pulverização é fornecido por um conjunto de módulo de spray e divisor de fluxo, permitindo a variação da pressão do sistema e com a possibilidade de utilização de supressores, que podem aumentar a eficiência da captura de partículas. O desempenho da supressão de poeira é analisado através do monitoramento em pontos estratégicos com maior emissão de poeira. Os resultados dessa investigação mostram que a geração de poeira aumentou à medida que a altura de queda aumentou, observou-se que a região próxima a pilha emite uma maior concentração de poeira, devido ao impacto do fluxo de material sobre a superfície de empilhamento, em comparação a região frontal do fluxo. Os resultados após o uso do spray sobre a correia mostraram que a maior altura de queda (1600 mm) emitia a maior concentração de partículas (3192,72 μg/m3) após a aspersão, sobre o material, a concentração de poeira reduziu cerca de quase 70%, mostrando a eficiência da umidificação via spray. Observou-se também que o PF possui uma umidade crítica maior que a do SF, como também, emite uma maior concentração (1116,52 μg/m3) em comparação ao Sínter feed (848,14 μg/m3), ficando evidente que por se tratar de um material de granulometria menor o Pellet feed tende a emitir maior concentração de particulados quando manuseado.
Acesso aberto (Open Access)
Partidas e paradas em usinas hidrelétricas: atendimento ao ONS e custos operacionais
(Universidade Federal do Pará, 2023-12-19) MACHADO, Jucileia Cruz; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
As usinas hidrelétricas (UHEs) conectadas ao Sistema Interligado Nacional (SIN) têm sua operação subordinada às regras do Operador Nacional do Sistema (ONS), que geram condições operacionais muitas vezes não adequadas às unidades geradoras, sejam por baixo rendimento ou por condição limites de operação que afetam a manutenção, como desgastes e cavitação. Este trabalho faz uma investigação no processo de despacho de curto prazo, horizonte de um dia, para uma usina hidrelétrica de grande porte que faz parte do sistema interligado nacional (SIN). Foi utilizado como base e estudo de caso a usina hidrelétrica de Tucuruí, onde foram mapeados os dados geração, hidrologia e do número de partidas e paradas da instalação, bem como a influência nos custos associados ao número de solicitações de intervenções. Uma estratégia é proposta para minimizar o número de partidas e paradas, utilizando a mudança dos pontos de operação das unidades geradoras na curva de colina, observando os pontos de altura de queda, potência e rendimentos possíveis de atender a demanda do sistema, sem que haja a necessidade de sucessivas partidas e paradas. O resultado desta investigação, para o ano analisado, obteve uma redução, para um dia operativo (24h), de cerca de 26% nas mudanças de estado (partida e parada) das unidades geradoras, comprovando que é possível a realização de ajustes nos pontos de operação das unidades geradoras, dentro dos limites permitidos pelas restrições operativas, com foco na redução de partidas e paradas.
Acesso aberto (Open Access)
Predição de bombas funcionando como turbinas em toda a faixa de operação: estudo de caso de uma rede de distribuição de água
(Universidade Federal do Pará, 2021-06-18) GAIA, Juliana Garcia; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
Nos dias atuais, a importância de reduzir gastos com energia e/ou de obter formas alternativas de geração tem aumentado cada vez mais. Nesse contexto, as bombas funcionando como turbinas (BFT) surgem como alternativa sustentável para geração de energia aproveitando o potencial hidráulico de um local. Entretanto, a adversidade encontrada está relacionada com a faixa de operação da BFT em modo turbina. Este trabalho tem como propósito determinar de maneira teórica a faixa de operação de bombas funcionando como turbinas de bombas selecionadas para funcionar como válvulas redutoras de pressão (VRP) no sistema de abastecimento de água (SAA) da Vila Permanente, em Tucuruí. Realizou-se uma avaliação de três estudos experimentais e aplicou-se os métodos de Sharma & Williams (1995), Yang et al. (2012) e Alatorre-Frenk (1994-1998) para alcançar os resultados de previsão de altura (Ht) e vazão (Qt) das BFTs no modo turbina no melhor ponto de eficiência (BEP); após isso, foi aplicado o método desenvolvido por Rossi et al. (2019), que funciona em toda faixa de operação da BFT, combinado com os métodos no BEP para obtenção das curvas características Q x H (vazão x altura) e Q x η (vazão x eficiência) da BFT no modo turbina; e por fim, compararam-se os resultados obtidos através dos métodos com os resultados dos estudos experimentais, para que assim, a melhor combinação de métodos fosse selecionada. Então, com os valores de altura e vazão dos pontos de pressão no SAA da Vila Permanente, foram selecionadas bombas centrífugas para funcionar como turbinas, aplicando a melhor combinação de método e depois obtendo as curvas características da BFT no modo turbina, de modo a revelar vários pontos em que a BFT pode operar; além dos cálculos de recuperação de energia com valores em KW por dia, mês e ano. Nos sistemas de abastecimento de água, os gastos com energia são excessivos e é comum a utilização de válvulas redutoras de pressão em pontos em que é necessária essa redução para assegurar que as circunstâncias propícias para o transporte de água na tubulação. Desta maneira, entende-se que ocorre desperdício de energia que poderia ser empregada no próprio sistema.
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Procedimentos experimentais para avaliação da emissão de poeira em manuseio de minério
(Universidade Federal do Pará, 2018-11-29) SANTOS JUNIOR, Ronaldo Menezes dos; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
A geração de poeira durante o manuseio e transporte de granéis acarreta uma série de problemas, tais como a poluição do ar e perda de material valioso. Em função do risco associado à inalação de poeira, diversos mecanismos de controle têm sido adotados. A utilização de água é uma opção viável para se inibir a geração de poeira, embora a utilização de supressores químicos, em alguns casos seja mais adequado. No entanto, normas e métodos para caracterização da geração de particulados, para a escolha adequada do mecanismo de controle, não são muito consolidados na literatura. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é desenvolver metodologias de ensaios para avaliar a emissão de particulados de minérios. A emissão de particulado durante o transporte foi avaliada em uma bancada de ensaios desenvolvida através da adaptação de um túnel de vento existente, por meio de ensaios com modelo de vagão, nas velocidades do ar de 40 km/h e 70 km/h, para diferentes valores de umidade do minério de ferro. Resultados mostram que o aumento da velocidade do escoamento aumenta a perda de massa de material contida no interior do modelo de vagão e o aumento da umidade do material reduz significativamente a perda de massa, sendo potencializado com o uso de supressores de poeira aplicado na superfície do material. Para simular o manuseio do material, desenvolveu-se uma bancada que utiliza o conceito da técnica de torre de poeira, a qual possibilita ensaios de geração da poeira durante a descarga de material. Nos resultados obtidos verifica-se também que o aumento de umidade do material reduz significativamente a emissão de particulados, sendo mais evidente para os materiais que possuem maior percentual de finos. A influência de supressores também foi avaliada, e dentre os reagentes testados, o Fe2(SO4)3 apresentou o melhor resultado para o pellet feed moído, reduzindo bastante a emissão de particulados em relação ao uso somente de água. Para as pelotas, o Ca(OH)2 apresentou os melhores resultados para a condição sem tempo de cura e o CaCl2 para a condição com tempo de cura de 2 horas. Portanto, os resultados mostram que as bancadas e procedimentos experimentais desenvolvidos, apresentaram resultados satisfatório e coerentes, os quais são confiáveis para a caracterização da emissão de particulados de diversos materiais.
Acesso aberto (Open Access)
Projeto e fabricação de extrusora monorrosca com matriz de extrusão filamentar
(Universidade Federal do Pará, 2024-10-25) RODRIGUES, Rodimilson Coelho; EL BANNA, Wassim Raja; http://lattes.cnpq.br/2005046563115507; HTTPS://ORCID.ORG/0000-0001-5085-4352; NASCIMENTO, Walber Alexandre do; http://lattes.cnpq.br/8022410578951099; https://orcid.org/0000-0002-2699-3982
Grandes estabelecimentos industriais estão sempre à procura de tecnologias cada vez mais sofisticadas para monitorar os processos de fabricação. Este trabalho tem por objetivo o projeto e a construção de uma extrusora monorrosca laboratorial e sua matriz de extrusão para o processamento de polímeros e blendas poliméricos, além de viabilizar estudos na área de reciclagem mecânica de polímeros. A primeira etapa do trabalho envolveu a escolha do tipo de extrusora a ser fabricada. A segunda etapa consistiu no dimensionamento e projeto do equipamento utilizando o software Solidworks. Na terceira etapa, foram selecionados os tipos de materiais componentes mecânicos e elétricos para a montagem da extrusora. Na quarta etapa, realizaram-se os processos de fabricação da extrusora e montagem dos componentes mecânicos e elétricos. Na quinta etapa, fez-se a validação do equipamento, onde foram realizados testes de temperatura e vazão mássica, além de testes mecânicos e elétricos no processamento de um polímero termoplástico, que, nesse caso, foi o polipropileno (PP). A última etapa consistiu em simular uma matriz com perfil cilíndrico, visando estudar as características do fluxo de fusão do polímero e definir como a estrutura da matriz deve ser ajustada para obter o diâmetro desejado. Após o projeto da matriz no software Solidworks, uma simulação foi realizada no software Ansys. Neste caso, estudou-se, por meio da simulação, o comportamento reológico do fundido ao passar pela matriz, analisando-se em qual parte dela são observadas as altas e/ou baixas taxas de cisalhamento quando o polímero flui através da mesma. O fluxo de arrasto e o fluxo de pressão foram então extraídos dos parâmetros da simulação, o que levou ao cálculo do ponto de operação e da pressão operacional para a matriz. Também foi possível calcular a taxa de fluxo de massa e a queda de velocidade na parede da matriz, além de otimizar o perfil da mesma para o formato circular e o diâmetro desejado.
Acesso aberto (Open Access)
Proposta de metodologia para diagnóstico de falha em rolamentos de baixa velocidade
(Universidade Federal do Pará, 2024-04-19) COSTA, Thiago Barroso; MESQUITA, Alexandre Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/3605920981600245; https://orcid.org/0000-0001-5605-8381
O monitoramento de rolamentos de baixa velocidade por análise de vibração torna-se desafiador devido ao baixo nível de energia do sinal que carrega os dados relativos à falha, tornando-o suscetível a interferências de outras fontes, prejudicando a interpretação da informação. Diante disso, uma alternativa é calcular características do sinal sensíveis a alterações de padrão relacionadas ao início e progressão de falha. Assim, o presente trabalho extraiu diferentes tipos de features, entre elas, duas não-lineares e onze extraídas do sinal no domínio do tempo. As quais foram ranqueadas e selecionadas por sua sensibilidade em diferenciar entre classes, o que se estimou por meio do valor estatístico do teste t de Welch. Entre elas, o Máximo Expoente de Lyapunov, que, no presente trabalho, passou por uma alteração em uma de suas etapas de cálculo, resultando em um aumento de sua sensibilidade em alguns casos. Ademais, a influência do tamanho da janela do sinal de vibração na separabilidade dos indicadores também foi analisada (conteúdo escasso na literatura de monitoramento de rolamentos de baixa velocidade). Após a seleção de features, os dados passaram por uma transformação linear mediante PCA (Análise de Componentes Principais), visando reduzir a dimensionalidade dos dados para três dimensões e diminuir os efeitos de redundâncias de preditores altamente correlacionados. Na sequência, os dados representados no espaço das componentes principais foram projetados na carta de controle estatístico T2 de Hotelling. Esta permitiu a detecção e eliminação de potenciais outliers, os quais consistiram em pontos acima de uma linha limite estimada com base na distribuição estatística F. Finalmente, modelos de classificação binário e multiclasse de Máquina de Vetores de Suporte foram treinados com dados coletados em ensaio de laboratório com rolamentos sem e com defeito incipiente em três diferentes níveis. Os modelos apresentaram ótima performance, sobretudo o binário diante de dados de teste oriundos de mancais de tambores de transportadores de correia em plena operação industrial.
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.