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)
Estudo e avaliação do uso de resíduos do processo Bayer como matéria-prima na produção de agregados sintéticos para a construção civil
(Universidade Federal do Pará, 2010-03) SOUZA, José Antônio da Silva; QUARESMA, João Nazareno Nonato; http://lattes.cnpq.br/7826389991864785
A grande quantidade de resíduos sólidos, oriundos da indústria de mineração e metalurgia, constitui um sério problema sócio-ambiental. As características físicoquímicas destes resíduos despertam grande interesse para outras indústrias. A indústria cerâmica pode ser uma interessante consumidora da maioria deste material, para suprir a grande escassez das reservas de matérias-primas atual. Neste contexto, este trabalho mostra os estudos realizados para a reciclagem da lama vermelha, como matéria-prima na produção de agregado sintético, visando à construção civil. A lama vermelha, principal rejeito industrial da fabricação de alumina, mostrou-se um insumo de grande interesse na fabricação de diferentes tipos de agregado para ser utilizado na produção de concreto, para a construção civil. Pelas suas características físico-químicas e a grande quantidade que é produzida anualmente (cerca de 10.000.000 t em duas fábricas, só no Norte do Brasil). Estudos realizados neste trabalho mostram a possibilidade de fabricação de agregados, com diferentes propriedades e possibilidades de aplicação, na indústria da construção civil. Estas propriedades dependem do controle de parâmetros, como o teor de sílica livre e argila, a granulometria e a temperatura de sinterização. Tais variáveis permitem controlar perfeitamente a formação de fase vítrea que é a responsável pelas propriedades dos agregados como: porosidade, resistência mecânica e densidade. Este material pode ser utilizado em concreto convencional ou em concretos especiais, para atender a demanda da construção civil.
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Transporte pneumático fluidizado: estudos de casos aplicados à indústria do alumínio primário
(Universidade Federal do Pará, 2011-08) VASCONCELOS, Paulo Douglas Santos; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
Este trabalho é uma contribuição à ciência e à aplicação da tecnologia desenvolvida sobre leito e transporte fluidizado de materiais particulados usados nos processos industriais. No caso de leitos fluidizados desenvolveu-se uma equação semi-empírica para predição da velocidade mínima de fluidização da alumina fluoretada, pó de crosta e outros materiais particulados usados nos processos industriais com resultados bastantes satisfatórios comparados com os resultados experimentais em relação às equações disponíveis na literatura. Estudou-se também o comportamento dos ângulos de repouso e de fricção interno interpartículas propondo-se equações constitutivas para esses ângulos para alumina fluoretada como função da velocidade superficial de fluidização. Em uma segunda etapa propõem-se uma equação para predição da capacidade de transporte de calhas e tubos fluidizados com resultados de boa qualidade em relação aos experimentos realizados nos tubos fluidizados. Este tubo fluidizado por sua concepção pode operar em ângulos ascendentes em relação ao plano horizontal sendo uma contribuição tecnológica desta tese para diminuição da taxa kWh/ton de material particulado manuseados nos processos industriais.
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Contribuição à análise do transporte pneumático em fase diluída
(Universidade Federal do Pará, 2011-10) GOMES, Luiz Moreira; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
Este trabalho é uma contribuição à análise do transporte pneumático em fase diluída. Trata do estudo dos parâmetros chave relacionado ao transporte de partículas sólidas por uma corrente gasosa em tubulações horizontais e verticais. Esses parâmetros são as velocidades críticas de transporte e a queda de pressão na tubulação. Assim, é feita a análise das principais correlações existentes na literatura voltadas para a previsão de tais velocidades críticas e, então, propostas para uso as mais confiáveis. Neste sentido, também foi desenvolvida uma equação para a previsão da velocidade de captura de partículas no fundo de uma tubulação horizontal. Em seguida foi analisado o comportamento da queda de pressão em função das propriedades das partículas sólidas e do sistema com o uso de dois softwares, sendo que um deles não considera em sua formulação a influência da zona de aceleração na queda de pressão. Assim, foi possível entender qual a contribuição do comprimento de aceleração na queda de pressão total e qual a faixa de aplicabilidade de cada um desses softwares. Foi feita ainda a análise da sensibilidade da porosidade inicial na queda de pressão na tubulação em função de parâmetros tais como a vazão mássica dos sólidos, o comprimento da tubulação, a massa específica das partículas sólidas e o diâmetro da tubulação.
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Solução de equações de balanço populacional usando a técnica da transformada de Laplace e filtro de partículas
(Universidade Federal do Pará, 2011-12) BATISTA, Clauderino da Silva; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505; QUARESMA, João Nazareno Nonato; http://lattes.cnpq.br/7826389991864785
A evolução da distribuição do tamanho de partículas em muitos campos da ciência aplicada como cristalização, física de aerossol, química coloidal e processo de polimerização, pode ser obtida pela solução da equação de balanço populacional (PBE). A técnica da transformada de Laplace com inversão numérica foi usada para resolver uma equação integro-diferencial parcial que relaciona a modelagem matemática do problema físico para estudar processos convectivos com taxas de nascimento e morte de partículas e aerossóis. Tal modelo é governado PBE, na qual leva em consideração a nucleação, crescimento e processos de coagulação. Um método Bayesiano foi usado para resolver o problema inverso hiperbólico e não-linear, e estimar a função densidade de tamanho de partículas, e assim prever o comportamento dinâmico do sistema físico. Especificamente o filtro de partículas com amostragem e Reamostragem por Importância Sequencial (SIR) foi utilizado como metodologia de solução do problema. Através dessas soluções, resultados numéricos foram obtidos e comparados com os disponíveis na literatura para sistemas particulados, permitindo uma avaliação crítica da presente metodologia de solução.
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Desenvolvimento de um modelo via MEF para análise da dispersão de poluentes em rios, lagos e estuários
(Universidade Federal do Pará, 2012-03) LIMA, Rômulo Correa; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
Água doce de boa qualidade é um pré-requisito para o desenvolvimento social e econômico de uma dada região. Paradoxalmente, este mesmo desenvolvimento é, normalmente, responsável pela poluição de suas fontes hídricas, através de despejo de resíduos domésticos ou industriais sem tratamento, ou através de atividades agrícolas. Desta forma, o monitoramento e o gerenciamento destas fontes são de extrema importância para o bem estar da população. Entre as possíveis ferramentas para auxiliar este gerenciamento, encontra-se a simulação computacional de transporte de poluentes nos meios hídricos. Neste contexto, o presente trabalho apresenta um procedimento para a solução computacional da equação de advecção-difusão-reação em 2D, a qual é a base para todos os modelos de transporte de massa. O processo consiste na união entre os métodos de elementos finitos e de diferenças finitas na discretização das componentes espaciais e temporal, respectivamente. Esta metodologia foi avaliada em testes com dados sintéticos e também reais. No primeiro considerou-se o caso de transporte de massa por advecção pura para certificar a estabilidade nos casos em que as formulações clássicas falham. No segundo simulou-se o transporte de um poluente hipotético em um trecho de rio e obtiveram-se os efeitos próprios do arraste devido à advecção e o espalhamento devido à difusão. O último teste examinou o transporte de fósforo total no lago Água Preta a partir das águas bombeadas do rio Guamá e de fontes pontuais localizadas nas margens deste reservatório. O resultado da simulação mostrou a potencialidade do algoritmo em tratar casos mais próximos da realidade.
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Adsorção e dessorção supercrítica de carotenos e antioxidantes do óleo de buriti (Mauritia flexuosa, Mart) em leito de γ- Alumina
(Universidade Federal do Pará, 2012-03) CUNHA, Marcos Augusto Eger da; FRANÇA, Luiz Ferreira de; http://lattes.cnpq.br/6545345391702172; MACHADO, Nélio Teixeira; http://lattes.cnpq.br/5698208558551065
Neste trabalho foi investigado o enriquecimento de antioxidantes do óleo de buriti (Mauritia flexuosa, Mart.) pelo processo de adsorção supercrítica. A adsorção foi realizada experimentalmente pelo método da análise frontal em colunas empacotada com y-alumina a 15, 20 e 25 MPa, 333 K, e vazão de solvente de QCO2 = 10,6 L/min, utilizando uma montagem de colunas duplas de 81 cm3, testado e aprovado para ser usado como uma célula de adsorção. O óleo de buriti foi físico-quimicamente caracterizado de acordo com métodos oficiais da AOCS e mostrou-se compatível com os dados relatados na literatura. A composição em termos de ésteres metílicos foi determinada por cromatografia gasosa (GC) e a atividade anti-oxidante segundo o método de captura de radicais livres (DPPH). O adsorvente foi caracterizado por fluorescência e difração de raios X, determinando a distribuição de tamanho de partículas, porosidade e área específica por BET. A cada experimento, um balanço material era realizada na coluna de adsorção para calcular a massa das espécies adsorvidas em y-alumina no processo de adsorção supercrítico. A influência da pressão sobre a adsorção supercrítica foi investigada através da análise do comportamento das isotermas. A isoterma de Langmuir foi usada para modelar os dados experimentais de adsorção. Os resultados experimentais mostram um aumento da capacidade adsorvente com pressões mais elevadas, mostrando um máximo de 90,9 ± 8,6 mg de óleo/g g- alumina, a 25 MPa. A adsorção supercrítica de óleo de buriti em y-alumina utilizando dióxido de carbono como solvente parece é método alternativo para extração de antioxidantes incluindo os carotenos.
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Análise experimental e numérica da fluidização para aplicações industriais
(Universidade Federal do Pará, 2012-03) LOURENÇO, Reimar de Oliveira; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505
Os leitos fluidizados gás-sólido possuem grande importância na indústria de processamento, em função de apresentar um bom efeito de mistura entre as fases, além de altas taxas de transferência de calor e massa, necessitando para isso baixo consumo de energia. Alguns exemplos típicos de aplicações industriais desse equipamento podem ser encontrados em processos que envolvem reações catalíticas, regeneração catalítica, ou ainda a combustão e gaseificação de carvão. O entendimento do comportamento fluidodinâmico deste equipamento é de fundamental importância para que o leito fluidizado possa ser adaptado a novas condições de uso. A literatura reporta diversos estudos com leito fluidizado, relatando variadas contribuições já incorporadas ao conhecimento da operação do mesmo. A ferramenta de CFD (Computational Fluid Dynamics) tem se mostrado uma boa alternativa para entendimento da operação deste equipamento. A utilização do modelo Euleriano granular multifásico juntamente com equações de conservação da massa, energia e movimento, para cada uma das fases presentes, tem gerado êxito quando aplicada a leitos fluidizados. De forma geral, este trabalho teve por objetivo estudar o comportamento do escoamento fluidodinâmico de esferas de vidro e alumina em um leito fluidizado convencional do tipo gás-sólido, variando os modelos de arraste de Gidaspow, Syamlal-O’Brien e Wen-Yu, bem como os modelos de turbulência K-e RSM. De forma mais específica, o trabalho buscou avaliar o comportamento fluidodinâmico das partículas no equipamento, através do monitoramento dos parâmetros fluidodinâmicos mais importantes, dentre os quais podemos destacar a velocidade de mínima fluidização do mesmo, a queda de pressão do equipamento na mínima fluidização, sua porosidade e a expansão do leito de partículas, também na mínima fluidização. Os testes experimentais foram comparados com simulações numéricas utilizando a ferramenta de CFD, onde se observou boa concordância dos resultados simulados frente aos resultados experimentais.
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Estudo da extração de compostos de ferro da lama vermelha visando a extração e/ou recuperação de compostos de titânio
(Universidade Federal do Pará, 2012-04) MAGALHÃES, Edilson Marques; MACÊDO, Emanuel Negrão; SOUZA, José Antônio da Silva; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505; http://lattes.cnpq.br/6157348947425968
As principais preocupações com relação à geração de resíduos estão voltadas para os efeitos que estes materiais podem ter sobre a saúde humana e sobre o meio ambiente, uma vez que os resíduos perigosos produzidos pelas indústrias precisam particularmente de atenção e cuidado, pois quando incorretamente gerenciados, tornam-se uma grave ameaça ao meio ambiente. Neste contexto, este trabalho mostra os estudos realizados visando a reciclagem da lama vermelha como matéria-prima para a obtenção de compostos de titânio. O estudo abrange três rotas hidrometalúrgicas: lama vermelha calcinada a 900°C (LV900), lama vermelha sem tratamento térmico (LV-STT) e lama vermelha sinterizada em atmosfera redutora (LV1300). Os experimentos de lixiviação foram realizados com valores de temperaturas de 60, 80 e 90 °C e concentrações de ácido sulfúrico de 20 e 30% em volume. Junto com o estudo de lixiviação foi realizada a modelagem matemática do processo de lixiviação. Os estudos realizados neste trabalho mostram que a lama vermelha pode ser aplicada como fonte de matéria-prima alternativa para a concentração e posterior recuperação de compostos de titânio. A modelagem cinética dos dados das curvas de extração em função do tempo e o modelo matemático desenvolvidos no presente trabalho mostram que a reação química é a etapa que descreve esses ensaios de lixiviação. Os modelos desenvolvidos também possibilitaram a obtenção de parâmetros cinéticos, tais como: energia de ativação e as velocidades das reações químicas do processo de lixiviação.
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Metodologia para avaliação do grau de sustentabilidade utilizando a lógica fuzzy: aplicação na indústria madeireira
(Universidade Federal do Pará, 2012-05) LEAL, Maria de Fatima Mendes; MONTENEGRO, André Augusto Azevedo; http://lattes.cnpq.br/1135221873341973; MANESCHY, Carlos Edilson de Almeida; http://lattes.cnpq.br/3638082762153871
As necessidades econômicas das empresas aliadas à necessidade de preservação do meio ambiente requerem um desenvolvimento de suas atividades de uma maneira que seja ambientalmente responsável e, consequentemente, com o uso adequado dos recursos naturais. A economia do Estado do Pará tem por base a agricultura, a pecuária e o extrativismo mineral e vegetal, sendo este último representado, principalmente, pela madeira. Certamente contribuirá para o uso sustentável desse recurso florestal, uma avaliação que quantifique os subsistemas ambiental, econômico e social, que são a base da sustentabilidade. Estudando o segmento de beneficiamento e exportação da madeira foi aplicada a lógica fuzzy em uma proposta metodológica de determinação do grau de sustentabilidade que neste estudo pode variar em uma escala de 0 a 10, quantificando não só a condição da sustentabilidade em si, mas também indicando quais subsistemas ou componentes que precisam ser melhorados. A determinação de políticas públicas para o setor madeireiro poderá ser realizada utilizando a mesma metodologia, desde que sejam feitos os ajustes legais necessários.
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Desenvolvimento de sistema computacional para avaliação de lodo de esgoto sanitário como biomassa na geração de energia
(Universidade Federal do Pará, 2012-06) SANTOS, Yvelyne Bianca Iunes; PEREIRA, José Almir Rodrigues; http://lattes.cnpq.br/9918600634569244
Desenvolvimento de sistema computacional para avaliação de lodo de esgoto sanitário como biomassa na geração de energia em processos de combustão, considerando normas técnicas e ambientais brasileiras. No sistema foram criadas e implementadas classes para avaliação do potencial energético do lodo e considerados limites estabelecidos nas normas NBR 10004/04, NBR 10004/87 e Resolução nº 316/2002 do CONAMA para impactos ambientais adversos, danos ou riscos à saúde pública, identificando a viabilidade de aplicação desse resíduo como biomassa na geração de energia em processos de combustão. O sistema foi desenvolvido com padrão de arquitetura de software Model-View-Controller (MVC), com método representado por regras de lógica, tendo como dados de entrada os resultados de determinações laboratoriais de amostras de lodo de esgoto, processamento em testes e encadeamentos lógicos das regras e relatórios para possibilitar a tomada de decisão do usuário. Para a validação do sistema foram utilizados resultados de trabalhos técnicos de aplicação de lodo de esgoto como biomassa na geração de energia em escala experimental, sendo constatado como adequados os parâmetros adotados no sistema para avaliar o potencial energético do lodo amostrado, a toxicidade e a poluição atmosférica; que as mensagens de alerta e explicativas foram claramente emitidas; que o encadeamento lógico das regras foi executado progressivamente; e que os valores obtidos no sistema foram compatíveis com os dos trabalhos utilizados para validação. Finalizando, foi concluído que o sistema desenvolvido pode ser aplicado para agilizar a tomada de decisão, especialmente em estações de tratamento de esgoto com grande volume de lodo.
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Análise dos impactos da dinâmica de sólidos e de nutrientes na qualidade da água de ambiente lêntico utilizado no abastecimento de comunidades amazônicas
(Universidade Federal do Pará, 2012-08) SARAIVA, André Luis de Lima; PEREIRA, José Almir Rodrigues; http://lattes.cnpq.br/9918600634569244
Os mananciais do Utinga, formados pelos lagos Bolonha e Água Preta, estão contidos em uma Área de Proteção Ambiental - APA e são utilizados pela Companhia de Saneamento do Pará – COSANPA, para o abastecimento da população da Região Metropolitana de Belém - RMB. Esses mananciais são constituídos pelo rio Guamá, onde a água é captada e enviada por recalque ao lago Água Preta, que por um canal artificial com escoamento por gravidade, alimenta o lago Bolonha, e é bombeado para a Estação de Tratamento de Água - ETA. Os principais problemas de poluição/contaminação desses mananciais surgiram com o avanço urbanístico desordenado, que ocasionam o lançamento indevido de esgoto e resíduos sólidos dos bairros, favelas e conjuntos residenciais próximos às principais nascentes. O objetivo deste estudo foi de utilizar ferramentas para subsidiar o monitoramento e conhecimento da qualidade da água no lago Água Preta, visando prevenir e/ou corrigir processos de degradação, tais ferramentas são as análises multivariadas de parâmetros abióticos e clorofila a, balanço de nutrientes e modelagem hidrodinâmica com intuito de observar a dispersão do transporte de sedimentos. Foram realizadas coletas de águas superficiais em 3 pontos escolhidos estrategicamente para avaliar a influência antrópica no lago Água Preta, bem como dos sedimentos suspensos que são carreados para dentro do lago. Os pontos de coleta de amostras foram georreferenciados com GPS (modelo ARMIN) e as coletas de águas superficiais foram realizadas com a garrafa de Van Dorn de 2,5 L e transportadas para o Laboratório de Química Ambiental (LQA), localizado na Universidade Federal Rural da Amazônia, para posteriores análises. As coletas foram realizadas durante os meses de março, maio, junho, agosto, setembro e outubro do ano de 2010, coincidindo com os períodos de maior e de menor precipitação pluviométrica. Os dados dos parâmetros abióticos e de clorofila a foram analisados por métodos de estatística descritiva e de análises de componentes principais. Também foram realizadas análises do balanço de massa de água e de nutrientes e adotou-se o uso do modelo hidrodinâmico do programa de modelagem SisBAHIA (Sistema Base de Hidrodinâmica Ambiental), visando simular as condições hidrodinâmicas do lago Água Preta durante um ano. Através dessas simulações foram gerados mapas superficiais de correntes para observar os diferentes padrões de circulação, pois o uso de modelos têm tido um papel relevante no planejamento e na elaboração de cenários alternativos, que englobam o diagnóstico adequado dos sistemas hídricos em sua estruturação, processo e dinâmica. Os parâmetros estudados mostraram variações durante os períodos de menor e de maior precipitação pluviométrica, sendo encontrados maiores contribuição no ponto 2 em relação a turbidez, a cor, o oxigênio dissolvido, nitrato, nitrogênio total, clorofila a e sólidos suspensos. Os demais parâmetros (N-amoniacal, demanda bioquímica de oxigênio e fósforo total) tiveram contribuição nos pontos 1 e 3, indicando fonte de poluição orgânica, decorrente de efluentes domésticos, já que nas proximidades ocorre lançamento de esgotos. No balanço de massa foi constatado que tanto o fósforo total quanto nitrogênio inorgânico dissolvido foram influenciados pela carga de água do rio Guamá durante o período seco. Enquanto que com altos índices de pluviosidade, o fósforo total teve carga maior devido a maior contribuição da drenagem de água de esgotos lançados para dentro do reservatório. O tempo de retenção para o fósforo total foi de 180 dias e o nitrogênio inorgânico dissolvido foi de 536 dias. Através desse balanço foi possível quantificar a entrada, retenção e exportação de nutrientes como também avaliar o potencial de eutrofização desse reservatório. No modelo hidrodinâmico mostrou que a distribuição do módulo da velocidade foi idêntica para cada mês do ano, independente da direção do vento, tendo a mata ciliar em torno desse ambiente hídrico importante papel na diminuição da velocidade modular na superfície da água. Porém próximo ao canal de saída de água do lago foi observada variação da velocidade de 0,32 m/s no período chuvoso e de 0,28 m/s no período seco, o que pode estar relacionada com as precipitações. Além disso, a entrada de água no reservatório forma vórtice tendendo ao processo de assoreamento, fato esse verificado na batimetria. Os processos de assoreamento nesse ponto se dão principalmente nos períodos com menores precipitações, pois a COSANPA aumenta as vazões de entrada de água para manter o nível do reservatório para o abastecimento da Região Metropolitana de Belém, propiciando o maior aporte de sedimentos suspensos, fato esse observado através dos parâmetros de turbidez, cor e sólidos suspensos, os quais tiveram maiores concentrações nesse ponto e uma diminuição à medida que se afastava para o ponto 3 (saída de água para o canal de ligação). Essas ferramentas são de grande importância para preservação do manancial, pois possibilitarão diagnosticar a capacidade que o lago tende a reter e eliminarem os nutrientes, bem como ao processo de circulação hidrodinâmica permitindo verificar locais que podem ter uma maior e menor deposição de materiais suspensos na coluna d’água. Esse estudo permitirá fornecer dados que subsidie as autoridades competentes e ajudará na conservação de outros mananciais utilizados para o abastecimento de água para as cidades.
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A técnica da transformada integral na modelagem e simulação de processos de separação de metais por membranas difusivas poliméricas
(Universidade Federal do Pará, 2012-11) CARDOSO, Simone de Aviz; QUARESMA, João Nazareno Nonato; http://lattes.cnpq.br/7826389991864785
A Técnica da Transformada Integral Generalizada (GITT) foi utilizada na análise do processo de extração de metais com membranas poliméricas planas e tubulares. No caso do estudo com membrana plana, analisou-se a extração dos metais cádmio, Cd (II), ouro, Au (III) e paládio, Pd (II) em membrana difusiva polimérica de Aliquat 336/PVC e as equações das espécies químicas foram resolvidas pela metodologia da GITT. Numa segunda etapa utilizou-se a Técnica das Integrais Acopladas (CIEA) para se analisar o mesmo problema. No estudo em membrana tubular de fibra-oca a metodologia da GITT foi também utilizada para se analisar a influência das condições de transporte do soluto de interesse na interface da fase fluida e fase membrana de um processo de separação mássica em membranas tubulares como função dos parâmetros governantes do problema. Nesse tipo de extração, extratantes líquidos são utilizados nos poros das fibras da membrana para facilitar a separação mássica. Em ambos os estudos foram feitas comparações com resultados da literatura demonstrando a potencialidade da técnica utilizada em tratar problemas desta natureza.
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Desenvolvimento de unidade piloto de transferência de massa gás/líquido: redução da reatividade do resíduo da indústria de alumina através da reação com gases de combustão
(Universidade Federal do Pará, 2013-02) VENANCIO, Luis Carlos Alves; SOUZA, José Antônio da Silva; http://lattes.cnpq.br/6157348947425968; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505
O refino de bauxita utilizando o processo Bayer produz de 0,7 a 2,0 t do resíduo conhecido como lama vermelha e cerca de 1,0 t de CO2 para cada tonelada de alumina produzida. O resíduo de bauxita apesar de não ser particularmente tóxico, apresenta riscos ao meio ambiente devido ao grande volume e a sua reatividade. De acordo com a tecnologia mais recente tem parte da umidade removida e é empilhado em depósitos impermeáveis especialmente construídos. Mais de 95% do resíduo de bauxita que já foi produzido no mundo (2,6 Bt até 2007) foi descartada, principalmente em depósitos em terra. Esta tese mostra o projeto, a construção e a operação de uma unidade de transferência de massa gás líquido em escala piloto com o objetivo de testar a redução da reatividade do resíduo de bauxita através da reação com gás de combustão. Como ganho adicional há a redução da emissão de dióxido de carbono e dióxido de enxofre. Esta unidade, composta por três reatores, foi projetada de modo a consumir o mínimo de energia, utilizar os efluentes da maneira mais eficiente possível e minimizar o custo de investimento. Foram realizados 25 experimentos com duração de 80 a 520 minutos cada um. Os gases foram analisados com o uso de sensores eletroquímicos e infravermelho não dispersivo na entrada e saída. O pH foi mensurado durante e após a reação de modo a avaliar os resultados curto e longo prazo bem como a estabilidade das reações. Foi demonstrada a viabilidade de reagir o resíduo de bauxita com os gases provenientes da combustão de fontes fósseis da própria refinaria sem processamento prévio com o pH de estabilização atingindo 10,5.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo da extração de cobre utilizando contactores com membranas como alternativa ao processo convencional de extração por solvente
(Universidade Federal do Pará, 2013-12-27) OLIVEIRA, Kleber Bittencourt; FERRAZ, Helen Conceição; http://lattes.cnpq.br/1820877582714129; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505
Este trabalho estudou a extração de cobre utilizando contactores com membranas como alternativa ao processo SX convencional. Foram investigados os parâmetros relevantes do processo como, tipo e concentração de extratante, solvente, solução de strip, tempo e pH de operação. Além disso, foi desenvolvido um modelo matemático a partir de um sistema de equações diferenciais parciais resultantes do balanço de massa no sistema de contactor com membranas, utilizando como metodologia de solução a Técnica das Integrais Acopladas (CIEA). Os estudos experimentais realizados neste trabalho mostraram que uso de contactores com membranas na extração líquido-líquido de cobre é uma tecnologia promissora e viável, tendo potencial para substituir o método de extração por solvente por contato direto adotado atualmente obtendo-se 100% de extração de cobre utilizando LIX 84I 20% (v/v) como extratante, querosene como solvente, H2SO4 como solução de strip, em um tempo de operação de 80 minutos. Os resultados obtidos através da modelagem matemática e simulação do problema físico analisado neste trabalho foram comparados com os resultados experimentais e mostram-se satisfatórios, demonstrando a capacidade da CIEA em tratar problemas de transferência de massa em sistema de contactor com membranas.
Acesso aberto (Open Access)
Uma nova proposta de avaliação de fogões à biomassa
(Universidade Federal do Pará, 2014-03-14) CANTO, Sérgio Aruana Elarrat; MANESCHY, Carlos Edilson de Almeida; http://lattes.cnpq.br/3638082762153871
Esta pesquisa apresenta o Método de Avaliação Global de Fogões à Biomassa - (MAGOF) que inova por considerar um fogão a biomassa um equipamento de uso doméstico, portanto um produto, diferentemente dos protocolos de avaliação conhecidos, que priorizam os aspectos energéticos. O MAGOF determina o índice de Desempenho Global empregando 72 Requisitos de Qualidade referentes ao ciclo de vida do produto, distribuídos por afinidade entre 5 Atributos que irão indicar os Desempenhos Específicos de Projeto, Ambiental, de Funcionalidade, Energético, onde está inserido o conhecido Water Boiling Test (WBT), e o desempenho Econômico. Estas particularidades inovadoras oferecem informações relevantes para projetistas, pesquisadores, fabricantes, usuários, consumidores, investidores, instituições governamentais reguladoras ou fiscalizadoras e demais atores. Estas informações geradas favorecem o processo decisório, a inovação tecnológica, o melhoramento dos fogões, a saúde e segurança dos usuários, a preservação ambiental e reflete na economia. O MAGOF tem relevância de interesse mundial por ser uma ferramenta alinhada aos esforços mundiais na busca de soluções para os abrangentes problemas decorrentes das inadequações dos fogões a biomassa, já que cerca de 2,5 bilhões de pessoas usam lenha ou carvão para cozinhar em todos os continentes, e a Organização Mundial da Saúde (OMS) constatou que cerca de 1,5 milhão de pessoas morrem anualmente vítimas de doenças respiratórias causadas principalmente por fumaça emitidas por fogões à biomassa. A pesquisa também traz uma aplicação do MAGOF num fogão produzido pela empresa Ecofogão e um fogão artesanal amazônico e compara os respectivos desempenhos.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo da técnica de infusão de resina aplicada à fabricação de compósitos de matriz poliéster reforçados por fibras naturais da Amazônia
(Universidade Federal do Pará, 2014-03-26) RODRIGUES, Jean da Silva; FUJIYAMA, Roberto Tetsuo; http://lattes.cnpq.br/3165747089941318; SOUZA, José Antônio da Silva; http://lattes.cnpq.br/6157348947425968
Neste trabalho foram produzidos compósitos de matriz de poliéster insaturado reforçados por fibras de curauá, juta e palha da costa, dispostas na forma de tecido em estilo plano e fibras alinhadas. Os compósitos foram fabricados pelo processo de infusão de resina, estudando-se os principais parâmetros que influenciam o método de fabricação, como a permeabilidade e porosidade do reforço e arquitetura de infusão. As fibras naturais foram caracterizadas quanto às suas propriedades físicas, morfológicas e mecânicas. Os compósitos reforçados com fibras de curauá foram fabricados utilizando-se as fibras in natura e tratadas em solução alcalina de NaOH em diferentes concentrações. Os compósitos foram caracterizados em ensaios de resistência à tração e impacto, além da determinação de suas propriedades físicas, como massa específica, porosidade e frações volumétricas dos constituintes. Os resultados demostraram que os compósitos que obtiveram melhor desempenho em tração e impacto foram aqueles reforçados com fibras alinhadas de curauá, fabricados sob vácuo de 101,3 kPa. A avaliação da seção transversal dos corpos de prova mostrou que os compósitos podem apresentar saturação parcial dos fios ou fibras de reforço em função do nível de vácuo utilizado, principalmente nos reforços em forma de tecido com diâmetro de fios relativamente maiores. O processo de infusão se mostrou um bom método de fabricação de compósitos reforçados com fibras naturais, pois, além de ser ambientalmente mais favorável por ser um processo de molde fechado, possibilitou a fabricação de produtos com elevado teor de fibra e boas propriedades mecânicas.
Acesso aberto (Open Access)
Regionalização e estimativa de chuvas do estado do Pará
(Universidade Federal do Pará, 2014-04-25) GONÇALVES, Mariane Furtado; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
Na região Amazônica, um dos fatores que impede o conhecimento mais abrangente dos recursos hídricos é a falta de dados hidrológicos (vazão e precipitação) das pequenas e médias bacias hidrográficas. Isto se dá principalmente em virtude dimensão da região, o que aumenta os custos de implantação e operacionalização da rede. Nesse contexto, o presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um modelo de regionalização e estimativa de chuvas para estado do Pará. Assim, foi aplicada uma metodologia para delimitação de regiões homogêneas de precipitação, através da análise de agrupamento, em seguida foi determinada a probabilidade de ocorrência de lâminas de chuva para região pluviometricamente homogênea obtida com a análise de agrupamento, através da aplicação de funções de probabilidade; e por último foram determinadas estimativas de lâminas de chuvas, utilizando-se modelos de regressão múltipla. Para todas as etapas, utilizaram-se valores precipitações médias anuais e mensais, de uma série histórica com 31 anos (período de 1960 - 1990), obtidos no site do Centro de Pesquisa Climática, Departamento de geografia, Universidade de Delaware, Newark, DE, E.U.A. Dentre os anos analisados, foram selecionados anos com ocorrência do fenômeno El Niño e La Niña. Utilizando-se o método hierárquico aglomerativo de Ward, tendo como medida de similaridade a distância euclidiana, para precipitações médias anuais e mensais, foram encontradas seis regiões homogêneas de precipitação, exceto para precipitações médias mensais para séries com ocorrência de El Niño e La Niña, que apresentaram quatro e cinco regiões homogêneas, respectivamente. Após a definição das regiões homogêneas, modelos de probabilidades (Normal, Gumbel e Exponencial) foram ajustados para a determinação de lâminas de chuvas nas três sequências de séries históricas, sendo aplicado o teste Qui-quadrado para esta verificação. Após a etapa de calibração, para precipitações médias anuais, constatou-se que o modelo de distribuição Normal ajustou-se melhor a probabilidade de excedência observada; já para precipitações médias mensais o modelo de distribuição Gumbel obteve melhor aderência às frequências de excedência. Os modelos supracitados foram validados, utilizando as séries pluviométricas de 12 estações da Agência Nacional de Águas (ANA), consideradas como estações alvo. Nesta etapa, foi observado que para precipitação média anual, ocorreu aderência dos dados a todas as estações pluviométricas alvo, pois apresentaram resultados da aplicação do teste qui-quadrado inferior a 3,84 (para funções de distribuição normal). E também se constatou que para precipitação média mensal, houve aderência dos dados a todas as estações pluviométricas alvo. Para simulação de lâminas de precipitação, foram testados na calibração, modelos de Potência, segundo modelo de Potência e Linear através do método de regressão múltipla. Como critério de desempenho dos modelos, foi utilizado o erro relativo percentual. Para série histórica contendo todos os anos e séries com ocorrência de La Niña, o modelo que apresentou menor erro relativo percentual foi o Linear. Já para séries com ocorrência de El Niño, o modelo de Potência apresentou menores erros. Assim como, para os modelos probabilísticos, os resultados da calibração dos modelos de regressão múltipla, foram validados com a utilização de estações pluviométricas da ANA. Na etapa de validação para séries contendo todos os anos os erros percentuais variaram de 0,2-39,2%, já quando utilizado em anos de El Niño houve um aumento do erro, variando 1,9-54,8%, e em anos de La Niña de 8,5-55,9%. Apesar de algumas estimativas terem erros consideráveis, acima de 50%, os resultados obtidos, de forma geral, demonstraram que a metodologia pode ser uma boa opção como ferramenta numérica para regionalização e estimativa de chuvas. Os resultados da aplicação dessa metodologia são importantes para um melhor entendimento do regime pluviométrico do Estado do Pará e da Amazônia, podendo servir como ferramenta para um melhor planejamento e gestão de recursos hídricos da região.
Acesso aberto (Open Access)
Análise experimental do processo de extração do óleo essencial de Puxuri [Licaria puchury-major (Mart.), Kosterm., Lauraceae] por arraste com vapor
(Universidade Federal do Pará, 2014-04-30) MAFRA, Eduardo de Souza; FARIA, Lênio José Guerreiro de; http://lattes.cnpq.br/7428609361678173
Analisa-se experimentalmente o processo de extração do óleo essencial de sementes e de partes aéreas de puxuri por arraste com vapor. O puxuri [Licaria puchury-major (Mart.) Kosterm., Lauraceae], é uma espécie florestal da Amazônia com grande potencial para a indústria de bio-produtos (fármacos, cosméticos, alimentos e praguicida natural) devido à presença de safrol no seu óleo essencial. Realiza-se neste trabalho um estudo anatômico e de caracterização física e química das partes da planta utilizadas para a extração do óleo. Estuda-se a cinética da secagem de sementes, ramos finos e folhas de puxuri e quantifica-se a influência da secagem convectiva em leito fixo nos teores de safrol e no conteúdo de umidade final. Por meio de experimentos estatisticamente planejados, identificam-se os níveis das variáveis de processo: teor de umidade, tempo de extração e granulometria das amostras de sementes de puxuri, que otimizam simulta-neamente as respostas: rendimento em óleo essencial e teor de safrol, seu componente majoritá-rio, dentro do domínio experimental adotado e confiança de 90% ( = 0,10), no processo de extração do óleo essencial por arraste com vapor. Analisa-se quimicamente o óleo essencial de puxuri por CG-MS e identifica-se a composição química em termos de seus constituintes majo-ritários. Utilizando-se o método de aproximação gravimétrica estático com soluções concentra-das, são obtidas isotermas de dessorção para sementes de puxuri em pó, a 15, 25 e 35ºC. Aos dados experimentais de equilíbrio higroscópico, ajusta-se muito bem o modelo de GAB, sendo estimados os calores de sorção líquidos e integrais, além dos teores de umidade de equilíbrio na monocamada e demais constantes da equação. Constata-se baixa toxicidade do óleo essencial de puxuri e que o resíduo sólido da extração pode ser utilizado como material saponificável para a produção de sabões transparentes a frio.
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Reciclagem de resíduos industriais na fabricação de argamassas e placas cerâmicas premoldadas fabricadas a partir de matriz sílico-aluminosa destinadas a construção civil
(Universidade Federal do Pará, 2014-05) CARVALHO, Ronaldo Nonato Ferreira Marques de; MACÊDO, Alcebíades Negrão; http://lattes.cnpq.br/8313864897400179; SOUZA, José Antônio da Silva; http://lattes.cnpq.br/6157348947425968
Propõe-se à fabricação de placas estruturadas com trama de dutos em PVC, preenchidas com argamassa composta por materiais rejeitados da construção civil, além de cinzas volantes de carvão mineral, da Cal hidratada e cimento Portland, inspiradas na técnica tradicional da taipa-de-mão empregada no Estado do Pará. O produto final é um sistema construtivo contemporâneo e ecológico, destinado a execução de painéis divisórios, tendo por objetivo a redução residual e o reaproveitamento de materiais rejeitados, cujo descarte acarreta danos ambientais. Os rejeitos apresentam características físico-químicas que permitem sua reciclagem, aumentando a duração de seu ciclo de vida. Visando desenvolver material argamássico, tendo como características a plasticidade, a elasticidade e a resistência mecânica, foram realizados experimentos com traços compostos pelos rejeitos e cimento Portland devidamente processados e dosados para a confecção de corpos de prova. Estes foram submetidos aos ensaios de absorção de água, porosidade aparente, massa específica aparente e resistência à compressão, resultando na seleção do composto mais adequado, no que se refere a utilização no fabrico de placas cerâmicas taipadas, montáveis para uso em painéis divisórios. As placas foram submetidas aos ensaios de compressão e tração.
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Produção de biodiesel a partir do processamento das oleaginosas amazônicas compadre-do-azeite (Plukenethia polyadenia) e comadre-do-azeite (Onphalea diandra)
(Universidade Federal do Pará, 2014-06) FURTADO, Matheus Braga; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505; FARIA, Lênio José Guerreiro de; http://lattes.cnpq.br/7428609361678173
Analisa-se experimentalmente a produção de biodiesel a partir do processamento das oleaginosas amazônicas compadre-do-azeite (Plukenethia polyadenia) e comadre-do-azeite (Onphalea diandra), como uma alternativa potencialmente viável para compor a matriz energética. Desde a Revolução Industrial no século XIX, a matriz energética mundial sempre foi baseada em combustíveis fósseis. Com a escassez desses combustíveis, a elevação de preços muito ocasionada com os constantes conflitos nas principais regiões produtoras, tem tornado as pesquisas em fontes renováveis cada vez mais atrativas. O estudo de novas fontes de óleos vegetais como alternativa energética é importante para o País, particularmente para os amazônicos; possibilitando estruturar cadeias produtivas de oleaginosas na região, gerando emprego no campo, efeitos distributivos na economia regional e, um vetor de desenvolvimento sustentável na Amazônia, sem agressão ao meio ambiente. A proposta deste trabalho é estudar duas espécies da família euphorbiaceae, as lianas Plukenethia polyadenia e Onphalea diandra, mais conhecidas como compadre-do-azeite e comadre-do-azeite respectivamente, produtoras de óleo; extrair e caracterizar os mesmos, sugerindo possíveis aplicações e utilizando-os para a produção de biodiesel através de uma transesterificação metílica, utilizando hidróxido de potássio como catalisador, tratando-se o processo com base em ensaios estatisticamente planejados. Verifica-se a influência das variáveis de entrada: concentração óleo/álcool, temperatura e concentração de catalisador na resposta rendimento em biodiesel, através da metodologia de superfície de resposta (RSM) empregando o planejamento de Box-Behenken. Visa-se dessa forma agregar valor a um rejeito da indústria de beneficiamento de caulim, utilizando zeólitas produzidas desse material como catalisador em substituição ao KOH, comparando as eficiências dos dois tratamentos. O planejamento de Box-Benhken se mostrou eficiente para otimizar a catálise homogênea dos biodieseis, concluindo-se que a concentração do catalisador foi a variável controladora do processo de produção dos biodieseis, e o aumento de sua concentração causa influência negativa e indesejável ao rendimento do produto.