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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Acesso aberto (Open Access)
Uma abordagem matemática aplicada ao projeto de turbinas hidrocinéticas e eólicas com difusor utilizando a teoria do elemento de pá
(Universidade Federal do Pará, 2019-04-30) VAZ, Déborah Aline Tavares Dias do Rio; VAZ, Jerson Rogério Pinheiro; http://lattes.cnpq.br/1623983294183975
Estudos têm demonstrado que é possível aumentar significativamente a potência gerada por uma turbina quando se utiliza um difusor. Este efeito desperta interesse, pois mostra teoricamente a possibilidade de atingir um coeficiente de potência cerca de 2 vezes maior que uma turbina comum. No entanto, o efeito da eficiência do difusor não havia sido implementado até então na Teoria do Elemento de Pá (BEM), bem como a otimização de rotores eólicos e hidrocinéticos sob efeito difusor. Assim, este trabalho apresenta uma nova abordagem matemática destinada ao projeto de turbinas hidrocinéticas considerando o efeito difusor. Com base no BEM, novas expressões para o fator de indução axial e empuxo foram obtidas, nas quais tanto a eficiência quanto o carregamento gerado sobre um difusor foram considerados, além da utilização do critério do coeficiente mínimo de pressão para evitar cavitação no processo de otimização da corda de um rotor hidrocinético. Uma extensão da formulação existente na literatura para o cálculo do coeficiente de potência a casos em que a perda no difusor é considerada através da inclusão dos termos de eficiência (𝜂𝑑) e razão de área (β) no balanço de energia para turbinas ideais em dutos foi desenvolvida. Para avaliar o modelo proposto, um estudo comparativo de dois difusores diferentes (difusor cônico-flangeado e difusor lenteflangeado) foram realizados. Avaliações para turbina e difusor foram realizadas usando dados experimentais disponíveis na literatura. Resultados numéricos e teóricos foram comparados para uma turbina equipada com um difusor de eficiência 83%. A diferença relativa observada para o coeficiente de potência máximo entre o modelo proposto e um modelo de disco atuador com difusor foi de cerca de 5,3%. Para a turbina hidrocinética com difusor cônico-flangeado, a vazão mássica é cerca de 20% maior do que para uma turbina de escoamento livre, enquanto que para a turbina com difusor lente-flangeado, o aumento foi de apenas 2,4%. Além disso, para o difusor cônico-flangeado, a potência foi aumentada em 53%. Observou-se que o modelo do elemento de pá proposto com difusor obteve boa concordância com o modelo numérico, proporcionando melhores resultados em comparação com outras abordagens disponíveis na literatura. O modelo de otimização de corda proposto demonstra resultados satisfatórios em relação a prevenção da cavitação.
Acesso aberto (Open Access)
Aço inoxidável nanoestruturado produzido via soldagem a arco elétrico.
(Universidade Federal do Pará, 2021-07-08) LOAYZA, Cristhian Ricardo; BRAGA, Eduardo de Magalhães; http://lattes.cnpq.br/4783553888547500
Métodos de fabricação de compósitos de aço inoxidável nanoestruturados (CAIN) ainda não foram desenvolvidos com aplicabilidade industrial. Para corrigir tal carência, investigou-se a possibilidade de incorporar nanopartículas por soldagem a arco elétrico, usando uma vareta tubular preenchida com fluxo nanoestruturado composto de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPM) e partículas de aço inoxidável 304L. Este fluxo foi fabricado por dois métodos diferentes: síntese mecânica (SM) e tratamento químico (TQ) com peróxido de hidrogênio. O segundo mostrou resultados mais promissores usando controle dos parâmetros cinéticos de tempo e temperatura, obtendo um menor grau de carbono amorfo, impurezas e defeitos, incrementando por sua vez a cristalinidade e interação dos nanotubos com a matriz metálica. A adição de NTCPM diminuiu em 64% o tamanho do grão, quando comparado com o revestimento de aço inoxidável, possuindo uma matriz austenítica com precipitação de carbonetos nos espaços interdendríticos e contornos do grão. A microdureza incrementou 45% e a taxa de erosão por cavitação vibratória decresceu 64%, em relação ao revestimento de AISI 304L. Adicionalmente, as análises por raios X mostraram uma redução da fase γ(200) e um crescimento da γ(111), após o processo de cavitação. O método de fabricação dos nanocompósitos se mostrou viável economicamente e com possibilidade de imediata aplicação a grande escala.
Acesso aberto (Open Access)
Adsorção de ciprofloxacino e norfloxacino em solução aquosa por carvão ativado produzido a partir da casca do cupuaçu (theobroma grandiflorum)
(Universidade Federal do Pará, 2024-09-19) NASCIMENTO, Rafael Alves do; COSTA, Cristiane Maria Leal; http://lattes.cnpq.br/0581730621014796; FARIA, Lênio José Guerreiro de; http://lattes.cnpq.br/7428609361678173; https://orcid.org/0000-0002-9534-9998
O uso extensivo de antibióticos tem causado diversas consequências negativas para o meio ambiente e a saúde humana. As fluoroquinolonas (FQs), presentes no ambiente aquático, são especialmente preocupantes. Este estudo investigou a remoção de ciprofloxacino (CIP) e norfloxacino (NOR) de soluções aquosas utilizando carvão ativado derivado da casca do cupuaçu (CAC), um adsorvente não convencional e de baixo custo. O CAC foi caracterizado fisico-quimicamente e os experimentos de adsorção seguiram o planejamento de BoxBehnken, avaliando os efeitos do tempo de contato, concentração de adsorvato e dosagem de adsorvente sobre a remoção e capacidade de adsorção de CIP e NOR. As condições ótimas do processo de adsorção foram determinadas pela função de desejabilidade, e sob essas condições foram realizados os experimentos cinéticos, isotérmicos e termodinâmicos de adsorção. O CAC apresentou um rendimento similar (50,22%) ao de outros carvões ativados com H3PO4, baixa umidade (4,81%) e cinzas (4,27%). Grupos funcionais ácidos foram identificados no CAC em maior quantidade (3,982 mg Eq/g) do que os básicos (0,092 mg Eq/g), e o pHPcz encontrado foi de 3,85. Uma alta área superficial foi quantificada (1335,66 m²/g), com volume e diâmetro médio de poros de 0,753 cm³/g e 2,206 nm, respectivamente. Devido às características zwiteriônicas de CIP e NOR, a adsorção foi mais eficiente em pH 5,0. Nessa condição, o CAC assume um caráter básico e como as moléculas de CIP e NOR estão predominantemente em suas formas catiônicas, a interação eletrostática é facilitada. As condições ótimas para a adsorção de CIP foram: tempo de 266,40 min, concentração de 192 mg/L e dosagem de 0,57 g/L; para NOR, 273,60 min, 186 mg/L e 0,55 g/L. O modelo de pseudo-segunda ordem (PSO) e o modelo de resistência à transferência de massa externa (EMTR) melhor ajustaram-se aos dados experimentais, indicando que a difusão de massa externa foi a etapa controladora da adsorção. O modelo de Langmuir indicou que a adsorção ocorreu em monocamada, com capacidades de adsorção de CIP de 6,02 mg/g e NOR de 5,70 mg/g. A análise termodinâmica revelou que a adsorção de CIP e NOR em CAC envolve predominantemente fisissorção. O mecanismo sugerido para a adsorção de CIP e NOR em CAC pode envolver forças eletrostáticas, interações π-π e ligações de hidrogênio. A regeneração do CAC foi mais eficaz com NaOH, mas após dois ciclos de utilização, a porcentagem de remoção de CIP e NOR diminui para menos de 50%. Assim, o CAC se mostrou um adsorvente eficaz e de baixo custo para a remoção de CIP e NOR, contribuindo também para o reaproveitamento da biomassa do cupuaçu
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/0000-0001-9365-7498
A 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.
Acesso aberto (Open Access)
Análise das distorções e tensões residuais em painéis enrijecidos soldados com FCAW robotizado e CW-FCAW
(Universidade Federal do Pará, 2022-04-22) RODRIGUES, Lino Alberto Soares; BRAGA, Eduardo de Magalhães; http://lattes.cnpq.br/4783553888547500
Comprovada a influência das imperfeições de soldagem sob a forma de distorções e tensões residuais na resistência de painéis enrijecidos, o monitoramento dos níveis destas imperfeições torna-se um critério de segurança, tendo em vista a incerteza das perdas reais de resistência do painel, sem ter medido as magnitudes destas imperfeições de soldagem. Assim, este trabalho trata da medição dos níveis de distorções e tensões residuais por difração de raios X e birrefringência ultrassônica em painéis enrijecidos. Primeiramente, selecionou-se a melhor de três sequências de soldagem utilizando soldagem FCAW robotizado. A sequência 03 apresentou níveis de distorções até 10 vezes menos e um nível de tensões residuais mais próxima da neutralidade (±100 MPa) comparada as sequências 01 e 02. Em seguida, utilizando a sequência 03 foram soldados painéis utilizando o processo CW-FCAW com 40% de arame frio e velocidades de soldagem de 100 m/min e 120 m/min. Os resultados mostraram que o percentual de arame frio com elevadas velocidades de soldagem não diminuíram as distorções, porém influenciam no nível de tensões residuais, levando a tensões mais próximas da linha neutra (±100 MPa) em média.
Acesso aberto (Open Access)
Análise de vibrações mecânicas em estruturas esbeltas e flexíveis, como cordas e vigas, sujeitas à movimentação axial utilizando a técnica da transformada integral generalizada
(Universidade Federal do Pará, 2024-05-28) PORFÍRIO, Rogilson Nazaré da Silva; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505; QUARESMA, João Nazareno Nonato; http://lattes.cnpq.br/7826389991864785; https://orcid.org/0000-0001-9365-7498
A análise dinâmica das vibrações em estruturas flexíveis é de extrema importância na engenharia e representa um desafio significativo para sua resolução. Este estudo tem como objetivo investigar estruturas esbeltas e flexíveis, como cordas e vigas, que oscilam em apoios do tipo engastado-engastado e engastado-massa concentrada, os quais determinam as condições de contorno do problema em análise. Utilizando a Técnica da Transformada Integral Generalizada (GITT), para converter a equação diferencial parcial desenvolvida nessa pesquisa pelo método de Hamilton em uma equação diferencial ordinária, otimiza o processo numérico e controla eficientemente o erro relativo dos cálculos. Neste estudo, desenvolveu-se e aplicou-se um método inovador que trata as condições de contorno sem recorrer ao uso de filtros para homogeneizar a equação. A metodologia de cálculo estabelecida foi implementada em Fortran, utilizando a sub-rotina DIVPAG da IMSL. Uma análise abrangente da convergência e estabilidade do método foi conduzida, considerando o comportamento de quatro modelos de cordas e dois modelos de vigas como referência. A validação do método abordou aspectos funcionais, como deslocamento transversal, velocidades do sistema, frequências e amortecimento, comparando os resultados obtidos pela GITT com outros estudos anteriores que empregaram as mesmas condições de simulação. Os resultados foram satisfatórios, evidenciando a relevância da aplicação dessa técnica de análise. Além disso, avaliou-se a aplicabilidade do método em diferentes configurações vibracionais de cada modelo, demonstrando seu grande potencial como uma solução para problemas envolvendo as estruturas analisadas. Portanto, este estudo representa uma contribuição significativa para o avanço do conhecimento na modelagem dinâmica de estruturas esbeltas e flexíveis e destacar a influência das condições de contorno nas características vibracionais dessas estruturas. Além disso, introduz uma metodologia inovadora ao tratar as condições de contorno sem o uso de filtros, ampliando as possibilidades de análise e compreensão desse campo específico da engenharia.
Acesso aberto (Open Access)
Análise do escoamento magnetohidrodinâmico micropolar de sangue e da captura magnética de nanopartículas em vasos sanguíneos
(Universidade Federal do Pará, 2025-05-09) PONTES, Fábio de Andrade; MIYAGAWA, Helder Kiyoshi; http://lattes.cnpq.br/5848592858919971; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505
O objetivo do presente trabalho é analisar numericamente o escoamento pulsátil magnetohidrodinâmico bidimensional transiente de sangue micropolar considerando as transferências de calor, massa e quantidade de movimento através de um vaso sanguíneo na presença de campo magnético aplicado na região de uma estenose simétrica. O escoamento é considerado laminar e incompressível e as nanopartículas magnéticas são injetadas no vaso sanguíneo e capturadas pela ação do campo magnético na estenose. O Método das Linhas (MOL) foi aplicado na discretização espacial da variável radial do modelo original 2Dtransiente transformando-o em um sistema de EDPs 1D-transientes, o qual foi resolvido numericamente pela subrotina NDSolve do software Mathematica 13.1. Os resultados do MOL convergido são verificados com os resultados gerados pela subrotina NDSolve aplicada diretamente no modelo original 2D-transiente e ambas são também comparadas com uma solução analítica obtida para o caso limite, obtendo uma boa concordância entre elas. São estudados os efeitos de parâmetros do modelo físico como os números de Lewis, Hartmann e Womersley, a constante cinética de morte de nanopartículas e o número de Biot de massa. Os resultados evidenciam que na estenose o escoamento é desacelerado devido ao campo magnético, bem como a microrrotação. O campo de fração de nanopartículas também é afetado pela presença do campo magnético, sendo a concentração aumentada na região da estenose. A velocidade e a microrrotação médias aumentam na estenose devido ao estreitamento do lúmen arterial. A temperatura e fração volumétrica de nanopartículas médias também são elevadas na região estenótica devido à ação do campo magnético.
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/0000-0002-2337-4238
Nos 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 produção
Acesso aberto (Open Access)
Análise energética, exergética e tecnoeconômica de um sistema de condicionamento de ar baseado na regulação natural da energia solar em condições climáticas da Amazônia
(Universidade Federal do Pará, 2023-09-01) SANTOS, Elson Costa dos; MACÊDO, Wilson Negrão; http://lattes.cnpq.br/3386249951714088
Este trabalho investiga o comportamento de um sistema de condicionamento de ar fotovoltaico, sem baterias ou conexão à rede elétrica, operando de acordo com a regulação natural da energia solar, em condições climáticas da Amazônia, uma região com desafios energéticos significativos, onde em muitas localidades, crianças, adolescentes, adultos e idosos vivem sem um dos principais insumos para o desenvolvimento das atividades produtivas, educacionais, de lazer e até mesmo de subsistência. Os resultados da simulação indicam que um sistema alimentado por um gerador fotovoltaico de 1400 Wp pode manter condições de conforto térmico, com temperaturas entre 20 °C e 26 °C e umidade relativa entre 40% e 80%, por quase metade do tempo de operação e sem nenhum controle ativo. Análises exergéticas revelam variações de eficiência e irreversibilidade dos componentes ao longo do dia, com maior impacto no sistema fotovoltaico, seguido pelo compressor, condensador, evaporador e válvula de expansão. Além disso, a análise econômica mostra que a implementação desses sistemas em paralelo a sistemas alimentados pela rede elétrica convencional pode reduzir o consumo de energia da rede em 60,76%, e tem forte relação com o valor da tarifa praticada pela concessionária de energia. Por fim, a pesquisa demonstra o uso de sistemas de condicionamento de ar fotovoltaicos como uma solução sustentável para o resfriamento, mostrando sua eficácia com a regulação natural da energia solar e sua contribuição econômica na redução do consumo de energia não renovável.
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/1623983294183975
Nos 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.
Acesso aberto (Open Access)
Aplicação de destilados provenientes do bio- óleo de pirólise de resíduos de gordura animal no asfalto diluído de petróleo
(Universidade Federal do Pará, 2024-08-12) VALENTE, Alex Lopes; MACHADO, Nélio Teixeira; http://lattes.cnpq.bhttp://lattes.cnpq.br/1500327307736428r/5698208558551065; https://orcid.org/0009-0002-4461-7611; BERNAR, Lucas Pinto
Os resíduos de gordura animal (RGA) podem ser convertidos em frações destiladas semelhantes a solventes de petróleo e utilizados como biocombustíveis ou em outras aplicações por meio da pirólise e destilação fracionada. As frações destiladas do produto líquido orgânico da pirólise de triglicerídeos apresenta viscosidade e volatilidade adequadas em comparação com os combustíveis derivados de petróleo, mas exibe índices de acidez entre 60- 140 mg KOH/g, impedindo seu uso direto como biocombustíveis sem uma considerável purificação de suas frações destiladas. O asfalto diluído de petróleo (ADP), usado na imprimação do solo para a a construção de pavimento flexível, demanda viscosidade, volatilidade e penetração adequados, e as frações destiladas do óleo da pirólise do RGA podem ser utilizadas como substitutos parciais ou totais do solvente padrão (querosene) na produção do ADP. O objetivo deste estudo foi aferir se há conformidade dos ADPs preparados pela substituição total ou parcial do querosene por frações destiladas do produto da pirólise de RGA de acordo com o padrão normativo do DNIT (Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes). Inicialmente, o RGA foi obtido a partir de resíduos de carne por meio do processo de renderização. Em seguida, o RGA foi submetido a pirólise em um reator de leito fixo semi-batelada (2L) e o bio-óleo resultante foi destilado fracionalmente em frações de gasolina, querosene e diesel, houve análise do processo de pirólise em relação ao tipo de reator utilizado (semi-batelada) no que diz respeito a influência da temperatura e ao tempo de reação e do perfil de destilação. As frações destiladas foram caracterizadas de acordo com a densidade, a viscosidade e ao índice de acidez antes de serem utilizadas na preparação dos ADPs pela substituição parcial e/ou total (0- 40% em peso) do querosene padrão. As misturas foram testadas quanto à viscosidade cinemática e saybolt-furol, ponto de fulgor e penetração à imprimadura, de acordo com as normas de pavimentação rodoviária do DNIT. Os resultados mostraram que as frações de querosene e diesel do PLO da RGA podem ser adequadamente usadas na preparação de ADPs por substituição total do querosene de petróleo normalmente utilizado.
Acesso aberto (Open Access)
Avalanche como rede de percolação não homogênea
(Universidade Federal do Pará, 2019-09-13) SOUZA, Raimundo Nonato Carneiro de; TAVARES, Heliton Ribeiro; http://lattes.cnpq.br/1313373547379006; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
As avalanches podem ser consideradas como um processo de percolação. Esta hipótese será afixada para avaliar se essa abordagem é possível e quais são suas vantagens. Algumas literaturas especulam que existe a possibilidade de considerar avalanches como um evento de percolação. No entanto, não existe uma distinção clara do modelo de percolação que estes eventos descrevem, seja um processo homogêneo ou não homogêneo. Este trabalho trata de simulações de avalanches como casos físicos de percolação. Para caracterizar as avalanches foram simulados dois modelos de percolação: homogênea e heterogênea. Criou-se simulações para comparar avalanches nos dois modelos. Para realizar essas simulações, usou-se a probabilidade de um sítio estar aberto igual a 0:5. Foram medidos os tamanhos e os transientes para cada avalanche nos diferentes modelos. Para o fechamento do trabalho, foram realizados experimentos criando avalanches, a fim de melhor calibrar as simulações usando dados de avalanches reais. Comparando os resultados simulados com dados existente na literatura, percebeu-se um comportamento típico de uma função de probabilidade. Considerando-se esse comportamento pode-se fazer previsões sobre o tamanho das avalanches. Analisando os resultados obtidos, tem-se que o comportamento das avalanches criadas com probabilidade não homogênea apresentaram características bem definidas, possuindo maiores valores de tamanho e transiente. Concluiu-se que o modelo não homogêneo possui acentuada estabilidade sendo melhor no aspecto de evolução da avalanche, portanto com alguns ajustes o modelo heterogêneo pode se aproximar de uma avalanche real com maior precisão.
Acesso aberto (Open Access)
Avaliação de potencial hidrocinético à jusante de centrais hidrelétricas
(Universidade Federal do Pará, 2017-12) HOLANDA, Patrícia da Silva; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662; SECRETAN, Yves; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
É possível maximizar o rendimento de empreendimentos hidrelétricos, aproveitando a energia remanescente a jusante de barragens a partir da instalação de turbinas hidrocinéticas. Nesse contexto, são apresentados dois estudos de casos de usinas hidrelétricas, um de grande porte Tucuruí, construída no rio Tocantins, na Amazônia, e outro de médio porte Bariri no rio Tietê, no Sudeste do Brasil. Nos projetos de centrais hidrocinéticas, é fundamental o dimensionamento do diâmetro do rotor e da velocidade da água, os quais dependem, respectivamente, das profundidades e velocidades dos rios. Assim, o modelo de Saint-Venant foi aplicado as regiões de estudos. A calibração do modelo foi realizada através de uma regressão linear entre as vazões medidas e simuladas para ambos, resultando em uma correlação de 0,99. A validação foi realizada para um ponto do rio Tocantins com velocidades medidas via ADCP. As velocidades medidas são comparáveis às velocidades simuladas pelo modelo. Assim, foi gerada uma curva de potência entre as vazões medidas e as velocidades simuladas para o ponto que teve suas velocidades validadas, obtendo-se uma correlação de 0,96. Essa mesma curva foi utilizada para estimativas de velocidade, calculando-se a densidade energética e definindo-se a velocidade de projeto para UHEs Tucuruí igual a 2,35 m/s e Bariri 2,25 m/s. Com a velocidade de projeto definida, foram selecionados 10 pontos UHE Tucuruí 1 ponto UHE Bariri para a implantação das turbinas hidrocinéticas. As velocidades desses pontos foram determinadas com o mesmo método usado para a validação das velocidades. Os pontos foram selecionados com base no canal do reservatório de jusante Tucuruí e no final da bacia de dissipação Bariri , o qual possui as maiores profundidades e velocidades sendo convenientes para uma maior geração de energia. Considerando a profundidade do rios e a tecnologia disponível para a sua fabricação, definiu-se para o estudo de grande porte o diâmetro do rotor em 10 m e para o de médio porte 2,1 m. Com a velocidade de projeto definida, o projeto do rotor foi realizado pela metodologia BEM (Blade Element Momentum), permitindo a definição de uma curva de potência instalada da turbina em função da velocidade do rio. Em termos de energia gerada as 10 turbinas podem gerar 2,04 GWh/ano. Esses números demonstram o real potencial do aproveitamento da energia remanescente de usinas hidrelétricas.
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/0000-0002-3926-0403
O 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.
Acesso aberto (Open Access)
Caracterização de material compósito incorporado com fibras de bambu (Bambusa Vulgaris) e resíduos sólidos industriais para utilizacao como componente estrutural para a construcao civil
(Universidade Federal do Pará, 2020-03-12) SANTOS, Alessandro José Gomes dos; SOUZA, José Antônio da Silva; http://lattes.cnpq.br/6157348947425968
Na indústria vem crescendo a produção de materiais que tragam menos impactos ambientais e que possuam alta sustentabilidade, principalmente no que se diz respeito a fibras vegetais e resíduos industriais. Neste trabalho foram confeccionadas matriz de poliéster insaturada isoftálica plena, compósitos com fibra vegetal de bambu, compósitos com resíduos industriais (lama vermelha, caulim e cobre) e compósitos híbridos com variação na proporção de resíduos e fibras. Os resíduos foram utilizados com granulometria de 100 MESH e as fibras nos comprimentos de 15 mm e 30 mm, dispostas randomicamente dentro da matriz. Estas fibras foram utilizadas in natura e tratadas com NaOH a 5% durante o período de 2 (duas) horas. As fibras foram caracterizadas quanto às suas propriedades físicas, mecânicas e morfológicas. Os compósitos foram confeccionados pelo processo manual (hand lay-up) na forma de placas retangulares em molde metálico e prensados. Variaram-se as proporções das frações mássicas dos resíduos em 10 %, 20%, 30% e 40%, já a fração mássica de fibras foi variada de 1 %, 2% e 3 %. Para a produção dos compósitos híbridos a variação ocorreu até o nível máximo de saturação da matriz, com a proporção de resíduos/fibras de 10%/3%, 20%/3%, 30%/3% e 40%/3%, respectivamente. As fibras de bambu foram caracterizadas quimicamente por meio de análise dos teores de extrativos, lignina e holocelulose. Já os resíduos foram caracterizados ineralogicamente por meio de Difração de Raios-X (DRX). Os compósitos foram caracterizados fisicamente (porosidade aparente, absorção de água e massa específica aparente), mecanicamente (tração, flexão e impacto), retardância à chama e morfologicamente por meio de análise de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Para as análises de caracterização física foram produzidos 10 corpos de prova (CP’s) para cada série. Já nos ensaios mecânicos foram fabricados para os ensaios de tração 10 CP’s, enquanto que para os ensaios de flexão e impacto foram 8 CP’s para cada série. Esta mesma quantidade foi utilizada para os testes de retardância de chamas. Após os ensaios físicos foi observado uma pequena variação com adição de fibras e um aumento na Massa Específica Aparente com a adição dos resíduos e das fibras na matriz. Na análise por meio de caracterização mecânica de tração obtiveram-se os melhores resultados de limites de resistência nos valores de 33,05 MPa para compósitos com 3% de fibras de bambu tratadas com 15 mm de comprimento e 33,11 MPa com fibras de bambu com 30mm de comprimento sem tratamento. Já com a incorporação de resíduos chegou ao valor de 40,25 MPa. Nas frações híbridas o valor chegou a 41,07 MPa com adição de 20% de resíduo de caulim/3% de fibras de bambu nos comprimentos de 15mm com tratamento. Já nos ensaios de flexão os resultados foram de 150,94 MPa para a adição de fibras com 30mm tratadas, de 140,34 MPa para adição de 20% de resíduo de caulim e nos híbridos de 137,27 MPa para a adição de 30% de resíduo de caulim/3% de fibras de bambu com 30mm tratadas. Nos ensaios de impacto os melhores resultados foram de 23,02 kJ/m² para adição de 10% do resíduo de cobre e de 38,56 kJ/m² para a adição de 20% de resíduo de cobre/3% de fibras de bambu com 30 mm de comprimento tratadas.
Acesso aberto (Open Access)
. Caracterização física, aspectos morfológicos, comportamentos térmico e mecânico do pecíolo do miriti como um material potencial para aplicações em pás de turbinas eólicas.
(Universidade Federal do Pará, 2024-10-28) GOMES, Igor dos Santos; VAZ, Jerson Rogério Pinheiro; http://lattes.cnpq.br/1623983294183975; WOOD, David Home
Em muitas pás de turbinas eólicas de pequeno porte, o espaço interno entre as cascas laminadas é preenchido por um núcleo de material. Neste contexto, com o objetivo de possibilitar a aplicação em pás de pequeno e grande porte, nesta tese é apresentado o pecíolo da palmeira do miriti (PMP), como um material potencial para esse tipo de aplicação. O PMP é abundante na região amazônica e sua colheita não destrói a palmeira porque o pecíolo cresce novamente, então a colheita é totalmente sustentável e pode muito bem ter um papel importante no aumento da sustentabilidade na fabricação de turbinas eólicas. Foi realizada a determinação das propriedades físicas, aspectos morfológicos, comportamento térmico e mecânico do PMP em comparação à madeira balsa (BW). Além disso, foram considerados os benefícios de usar o pecíolo facilmente trabalhado para o núcleo em termos de fabricação, conforme demonstrado pela construção de uma pá de 0,598 m e desempenho de partida da turbina em simulação computacional e em túnel de vento. Os resultados mostraram que o PMP é cerca de 50% menos denso que a BW. Como consequência disto, a simulação de partida da turbina mostrou que a baixa massa específica da pequena pá feita usando pecíolo de miriti reduz o tempo de partida em 10% quando comparado ao poliestireno expandido (EPS) e 42% quando comparado à BW. Ainda que o PMP e a BW possuam aspectos morfológicos semelhantes por tratam-se de materiais naturais, a BW tende a absorver cerca de 3,60 % mais umidade e cerca de 9% mais água que o PMP. O comportamento térmico do PMP mostra que este material possui estabilidade térmica até cerca de 200 °C e não compromete o seu uso em boa parte dos processos e métodos de fabricação de turbinas eólicas. Em relação às propriedades mecânicas de tração, compressão, flexão e cisalhamento, foi observado que tanto a BW quanto a PMP mostraram ter comportamento elasto-plástico. A maioria das propriedades mecânicas da BW são maiores do que as da PMP, mas as propriedades específicas do PMP, no entanto, são maiores do que as da BW, exceto aquelas em que a aplicação da carga não coincide com a direção dos feixes vasculares. A este exemplo, a resistência elástica específica e módulo de elasticidade específico em tração com carga aplicada 90° em relação ao feixe vascular e tração com carga aplicada 0° em relação ao feixe vascular do PMP são cerca de 13,5 %, 3 %, 30 % e 61 % maiores que as da BW. Já resistência elástica específica em compressão GS do PMP é cerca de 18,5% maior que a da BW. No que se refere ao cisalhamento, a resistência elástica específica e o módulo de elasticidade específico são na faixa de 20 % e 54,5 % maiores em comparação aos da BW. Os resultados de fadiga mostram que o PMP possui uma vida útil em fadiga de cerca de 106 ciclos. Os testes em túnel de vento mostraram que, independentemente da velocidade do vento, os melhores resultados para coeficientes de potência, torque e empuxo são observadas nas configurações de 6 pás, cujos valores são, respectivamente, 0,3083, 0,1224 e 2,2993 para 6 pás, sendo a λopt igual a 2,519. Na análise dos resultados experimentais rotação, empuxo, torque e razão de energia cinética durante a partida da turbina foram observados os períodos pelos quais esta passa ao longo dos estados transientes e estacionários em consonância com resultados encontrados na literatura. Os resultados apresentados neste trabalho mostram que o PMP tem potencialidade para aplicação em pás de turbinas eólicas, na medida em que neste tipo de aplicação combinação de materiais sustentáveis, com propriedades mecânicas específicas significativas, dentre outras, tais como a baixa massa específica, tem o potencial de melhorar o projeto da turbina para reduzir significativamente o comportamento de partida e aumentar a faixa operacional de alta eficiência.
Acesso aberto (Open Access)
Caracterização morfológica, cristalina e textural de bio-adsorventes produzidos via processamento hidrotérmico de resíduos de palha de milho com H2O sub-crítica: Aplicação na adsorção de ácido acético.
(Universidade Federal do Pará, 2021-12-06) COSTA, Maria Elizabeth Gemaque; MACHADO, Nélio Teixeira; http://lattes.cnpq.br/5698208558551065
Este trabalho tem como objetivo investigar a influência da temperatura na caracterização textural, morfológica e cristalina de bioabsorventes produzidos pelo processamento hidrotérmico de resíduos de palha de milho com H2O quente comprimida. Os experimentos foram realizados a 175, 200, 225 e 250 ºC, 240 minutos, taxa de aquecimento de 2,0 ºC/min e relação biomassa/H2O de 1:10, utilizando um reator em escala piloto de 18.927 L. A eficiência do processo é analisado em termos dos rendimentos dos produtos de reação em função da temperatura. Os resultados mostraram rendimentos de sólidos variando de 62,92 a 35,82% (peso), de gás variando entre 1,49 e 9,59% (peso) e de produtos líquidos variando de 35,43 a 54,59% (peso). O rendimento da fase sólida diminui com a temperatura, apresentando uma região de inflexão entre 200 e 225 °C, na qual ocorre uma mudança drástica, enquanto o da fase líquida aumenta, apresentando a mesma região de inflexão entre 200 e 225 °C. O rendimento da fase gasosa aumenta exponencialmente com a temperatura até aproximadamente 10% (peso) na faixa de temperatura investigada. A análise elementar de produtos sólidos mostra que o teor de carbono aumenta, enquanto o de oxigênio e hidrogênio diminui com a temperatura. A caracterização textural, morfológica e cristalina de produtos em fase sólida analisados por TG/TDG, MEV/EDX, DRX e BET. O produto em fase sólida (bio-adsorvente) obtido por processamento hidrotérmico de resíduos de palha de milho a 225 e 250 °C, 240 minutos, e relação biomassa/H2O de 1:10, foram ativados quimicamente com soluções de NaOH 2,0 M e de HCl 2,0 M para investigar a adsorção de soluções de ácido acético (1,0; 2,0; 3,0; e 4,0 mg/mL). A cinética de adsorção investigada em 30, 60, 120, 240, 480 e 960 segundos. A isoterma de adsorção mostrou que os hidro carvões quimicamente ativados foram capazes de remover o ácido acético de soluções aquosas.
Acesso aberto (Open Access)
Carbonização hidrotérmica dos caroços de açaí (Euterpe oleracea, mart) com H20 quente comprimida
(Universidade Federal do Pará, 2021-08-13) SILVA, Conceição de Maria Sales da; MACHADO, Nélio Teixeira; http://lattes.cnpq.br/5698208558551065
Este trabalho teve como objetivo investigar sistematicamente a influência da temperatura de processo, relação biomassa/água e escalas de produção (laboratório e piloto) na composição química das fases aquosa e gasosa e na produção em massa de química por processamento hidrotérmico dos caroços de Açaí (Euterpe Oleraceae, Mart.). A carbonização hidrotérmica foi realizada as temperaturas de 175, 200, 225 e 250 °C, 2°C/min, relação de biomassa para água de 1:10 e a 250° C, 2 °C/min, e relações de biomassa para água de 1:10, 1:15 e 1:20, em escala piloto, bem como em 200, 225 e 250°C, 2°C/min, relação de biomassa para água de 1:10, em escala de laboratório. A composição elementar (C, H, N, S) da fase sólida foi determinada para calcular o HHV. A composição química da fase aquosa foi realizada por GC e HPLC e para realizar a composição volumétrica da fase gasosa foi utilizado um analisador de gás infravermelho. Os experimentos na escala piloto com relação biomassa/água constante de 1:10, tiveram variação nos rendimentos das fases sólida, líquida e gasosa entre 53,39 e 37,01% (massa), 46,61 e 59,19% (massa), e 0,00 e 3,80% (massa), respectivamente. O rendimento da fase sólida apresentou um pequeno declínio exponencial em relação à temperatura, enquanto o das fases líquida e gasosa um pequeno crescimento. Ao variar as razões de biomassa/água, os rendimentos obtidos nas reações para os produtos sólidos, líquidos e gasosos variaram entre 53,39 e 32,09% (massa), 46,61 e 67,28% (massa) e 0,00 e 0,634% (massa), respectivamente. O rendimento dos sólidos diminui exponencialmente com o aumento da razão água/biomassa e o da fase líquida aumenta de forma sigmóide. Para a relação biomassa-água constante, as concentrações de Furfural e HMF diminuem significativamente com o aumento da temperatura, atingindo um mínimo de 250 °C, enquanto que a dos fenóis aumenta. Além disso, as concentrações de CH3COOOH e de ácidos carboxílicos totais aumentaram, atingindo um máximo de 250 °C. Para as temperaturas constantes no processo, as concentrações de aromáticos tiveram uma pequena variação com a temperatura. As concentrações de furfural, HMF, e catecol diminuíram com a temperatura, enquanto que o dos fenóis aumentou. As concentrações de CH3COOOH e de ácidos carboxílicos totais diminuiram exponencialmente com a temperatura. Por fim, para os experimentos com as relações de água/biomassa variando, a produção de produtos químicos (furfural, HMF, fenóis, catecol, e ácido acético) na fase aquosa foi altamente dependente da relação água/biomassa. Para os experimentos na escala laboratorial com a relação biomassa-água constante de 1:10, os rendimentos de sólidos variaram entre 55,9 e 51,1% (massa) mostrando não só um decaimento linear com a temperatura, mas também um grau de degradação inferior. A composição química dos principais compostos orgânicos (furfural, HMF, fenóis, catecol, e ácido acético) dissolvido na fase aquosa em escala laboratorial mostrou o mesmo comportamento dos obtidos na escala piloto.
Acesso aberto (Open Access)
Compósitos híbridos reforçados com tecidos de curauá, carnaúba e aramida com aplicações em blindagem balística
(Universidade Federal do Pará, 2023-01-31) OLIVEIRA FILHO, Edwillson Gonçalves de; CANDIDO, Verônica Scarpini; http://lattes.cnpq.br/8274665115727809
O desenvolvimento de sistemas eficazes de blindagem balística, torna-se fundamental para garantir a proteção humana e veicular. Essas blindagens costumam ser formadas por diferentes materiais, como compósitos poliméricos reforçados com fibras, sendo essas empregadas quando se deseja uma boa relação peso/proteção balística. Além disso, a busca por materiais ecologicamente corretos, que associem bom desempenho mecânico com sustentabilidade, tem sido muito frequente nos dias atuais. O presente trabalho foi direcionado ao estudo das propriedades mecânicas e balísticas apresentadas por compósitos reforçados com fibras lignocelulósicas, destinados a aplicações de blindagem. Foi realizada uma investigação a respeito das características das fibras de curauá (Ananas erectifolium) e carnaúba (Copernícia prunífera), examinando o diâmetro médio, análises morfológicas e químicas. A caracterização mecânica dos compósitos foi realizada utilizando as fibras de curauá e carnaúba nas distribuições contínuas e alinhadas por meio de uma produção manual de compósitos poliéster-fibras com 10, 20 e 30%v/v, por meio dos ensaios de tração, flexão e impacto Charpy. A partir desses resultados, produziu-se compósitos poliéster laminados, pela primeira vez, utilizou-se sistemas híbridos com camadas de tecidos de Aramida-Curauá, Aramida-Carnaúba e Curauá-Carnaúba, adotando o processo de moldagem por prensagem a frio. Todos os compósitos híbridos propostos possuem 30%v/v de fibras e foram produzidos na configuração não alternada, sendo submetidos a ensaios de impacto balístico considerando o nível de proteção e a velocidade residual. Os resultados balísticos mostraram que os sistemas Curauá-Carnaúba foram perfurados, ao contrário do sistema Aramida Curauá e Aramida-Carnaúba, não transpassados, os quais obtiveram um nível I de proteção balística. Além disso, por meio dos resultados de velocidade residual, confirmou a necessidade de tecidos, e não mantas, serem usados para aplicações balísticas desses compósitos. Os resultados são um forte indício do possível potencial de soluções de compósitos híbridas similares.
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 Teixeira