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)
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)
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.
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Descontaminação de máscaras N95 em hospital público de Belém/PA: apresentação e avaliação de protocolo simplificado
(Universidade Federal do Pará, 2024-11-25) MATTOS, Simone Lopes de; DIAS, Carmen Gilda Barroso Tavares; http://lattes.cnpq.br/2113791118142177
A autora apresenta protocolo de descontaminação de máscaras de filtro N95 por meio da irradiação ultravioleta de ondas-curtas (UV-C), assim como, resultados da testagem microbiológica de validação do dispositivo UV-C e de pesquisa qualitativa sobre a adesão de profissionais do Hospital Universitário João de Barros Barreto, do Complexo Hospitalar Universitário da Universidade Federal do Pará (HUJBB), ao referido protocolo. Os testes microbiológicos demonstraram a eficácia do protocolo de descontaminação, pois não houve crescimento bacteriano em meios de cultura inoculados com esfregaços de máscaras usadas no hospital e descontaminadas no dispositivo UV-C, o que comprovou a eficiência germicida da irradiação UV-C. Os resultados da pesquisa qualitativa apontam para adesão dos profissionais da enfermagem à prática de descontaminação das máscaras, reconhecendo a praticidade e a contribuição do protocolo para a biossegurança e segurança ocupacional. Como parte do mesmo protocolo, é apresentada uma alternativa de embalagem para armazenamento das máscaras nos intervalos de uso das máscaras N95, considerando sua reutilização segura. O protocolo apresenta, ainda, como vantagens: o baixo custo e a praticidade de uso, além de contribuir para a redução do lixo infectante.
Acesso aberto (Open Access)
Eletrodeposição e caracterização de revestimento de cobre/nanotubos de carbono dopados com iodo em fios de alumínio liga 1350
(Universidade Federal do Pará, 2023-09-19) RODRIGUES, Fabrício Augusto dos Santos; LEITE, Marcos Allan Reis; http://lattes.cnpq.br/8252507933374637
Nanocompósitos baseados em cobre e nanotubos de carbono (Cu/NTC) em matriz metálica vem proporcionando melhorias nas propriedades elétricas e térmicas dos materiais, apresentando grande potencial de aplicação em áreas como o setor elétrico. Grandes desafios são encontrados na transmissão e distribuição de energia elétrica, como perdas técnicas, principalmente por efeito Joule, resultando em baixa eficiência dos condutores convencionais de alumínio (Al). Neste sentido, novos condutores nanoestruturados foram desenvolvidos baseados em cobre/nanotubos de carbono funcionalizados e dopados com iodo (Cu/NTC-f), como revestimento de fios de alumínio Al 1350, utilizando o processo de deposição eletroforética em solução de CuSO4, sob correntes elétricas de 1,2 A, 1,5 A e 1,8 A, foram investigados quanto as suas propriedades elétricas e mecânica. Os condutores Al@Cu/NTC-f foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura; difração de raios-X; espectroscopia Raman; ensaio de tração, além de medições elétricas, em temperatura ambiente e sob aquecimento, via ponte de Kelvin. Os resultados mostram um aumento de aproximadamente 18% do IACS com boa estabilidade sob aquecimento em comparação ao condutor de Al comercial Al 1350, devido as propriedades intrínsecas dos NTCs, funcionalização, boa dispersão e ao efeito dopante do iodo, confirmado por espectroscopia Raman com efeitos redshifts nas sub-bandas de Gint e Gext. A morfologia característica dos filmes finos de Cu/NTC-f, apresentaram estruturas piramidais, aglomerados, estruturas de cobre envolveram os NTCs, bem como NTCs eletrodepositados homogeneamente no substrato de Al com boa cristalinidade, cultivados nas direções CuI (311) e Cu (220), Cu (200), favorecendo a formação de filmes finos com boa cristalinidade. Este método de eletrodeposição de Cu/NTC-f na superfície de fios metálicos mostra-se promissor para a produção de condutores metálicos nanoestruturados de alta ampacidade, estabilidade térmica, baixa densidade e alto desempenho, aplicados em linhas de transmissão de energia elétrica.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo da eficiência de uma turbina hidrocinética com difusor projetada para o aproveitamento da energia remanescente da barragem de Tucuruí
(Universidade Federal do Pará, 2023-05-15) LIMA, Adry Kleber Ferreira de; LINS, Erb Ferreira; http://lattes.cnpq.br/5272283698536321; https://orcid.org/0000-0002-6643-5889; VAZ, Jerson Rogério Pinheiro; http://lattes.cnpq.br/1623983294183975; https://orcid.org/0000-0001-6440-4811
Aproveitar a energia remanescente à jusante de barragens atingiu, recentemente, grande interesse, uma vez que a energia cinética transportada pela corrente de água é realmente considerável. O presente trabalho, ESTUDO DA EFICIÊNCIA DE UMA TURBINA HIDROCINÉTICA COM DIFUSOR PROJETADA PARA O APROVEITAMENTO DA ENERGIA REMANESCENTE DA BARRAGEM DE TUCURUÍ, desenvolve um estudo sobre o desempenho de uma turbina hidrocinética de eixo horizontal acoplada a um difusor, a fim de quantificar o ganho de energia comparando as duas possibilidades de turbinas com e sem difusor. Utiliza-se uma turbina hidrocinética de 3 pás com 10 m de diâmetro envolta por um difusor cônico flangeado. Uma modelagem numérica usando dinâmica de fluidos computacional (CFD) é realizada com base na formulação Reynolds Averaged Navier- Stokes, usando o modelo de turbulência kÊ ≠ SST (Shear Stress Transport). Os resultados obtidos apresentam boa concordância com dados teóricos e experimentais disponíveis na literatura.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo das ftalocianinas metálicas na adsorção de gases do efeito estufa e poluentes utilizando docagem molecular
(Universidade Federal do Pará, 2025-04-30) SOUSA, José Antonio Ferreira de; OLIVEIRA, Mozaniel Santana de; http://lattes.cnpq.br/0810227136654245; CHAVES NETO, Antonio Maia de Jesus; http://lattes.cnpq.br/3507474637884699
A poluição atmosférica, impulsionada pela emissão de gases tóxicos, representa um desafio ambiental e de saúde pública. Este trabalho investiga a aplicação de ftalocianinas (Pc) e ftalocianinas metálicas (MPc) de ferro (FePc), cobalto (CoPc), cobre (CuPc), zinco (ZnPc) e titânio (TiPc) visando sua aplicação na captura de gases como dióxido de carbono (CO₂), monóxido de carbono (CO), amônia (NH₃), cianeto de hidrogênio (HCN), sulfeto de hidrogênio (H₂S) e de compostos aromáticos como o benzeno (C₆H₆). O Autodock Vina 1.2.0 e o Gaussian 09W foram os softwares empregados na técnica de docagem molecular para investigar as interações. O Gaussian 09W permitiu o ajuste nas posições dos átomos para minimizar a anergia total da interação e a construção dos modelos. O Autodock Vina 1.2.0 possibilitou calcular o modo de ligação mais favorável entre as moléculas tóxicas e as MPc e Pc, fornecendo informações detalhadas sobre as posições, orientações e energias de adsorção mais estáveis. As análises realizadas informam que as MPc e Pc apresentam as melhores interações com o C6H6 e o acoplamento mais fraco aconteceu com as moléculas do H2S. As melhores ligações entre as substâncias avaliadas ocorreram com as MPc e destas é a TiPc que se mostrou a mais eficiente, atraindo mais fortemente o CO2. Estas moléculas são extremamente promissoras para a captura e eliminação das moléculas testadas e, por conseguinte, são estratégias fundamentais para proteger o meio ambiente, promover a saúde pública e assegurar um desenvolvimento sustentável para as próximas gerações.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo do comportamento hidrodinâmico de medidores de vazão de gás liquefeito de petróleo utilizado a teoria do elemento de pá com efeito de grade
(Universidade Federal do Pará, 2021-04-28) PEREIRA, Tiago Miranda; VAZ, Jerson Rogério Pinheiro; http://lattes.cnpq.br/1623983294183975; https://orcid.org/0000-0001-6440-4811
Medidores de vazão tipo turbina são amplamente utilizados na indústria para a apuração de quantidades de produtos líquidos movimentados, inclusive para fins comerciais, em razão de sua elevada precisão e ampla faixa de operação. O emprego de ferramentas de engenharia para a análise e o aprimoramento do desempenho de tais medidores oferece a possibilidade de contribuição do engenheiro à sociedade, promovendo qualidade nas aferições e minimizando distorções na cadeia de distribuição de granéis líquidos potencialmente prejudiciais aos consumidores. Usualmente, os medidores de vazão tipo turbina possuem várias pás, o que torna a determinação dos coeficientes de sustentação e arrasto ainda um desafio. Por isso, considerar o efeito de grade é de fato relevante, sem o qual a velocidade angular da turbina pode ser superestimada pela análise a partir da Teoria Elemento de Pá, método BET. Neste sentido, o presente trabalho propõe a aplicação do método BET na análise do comportamento hidrodinâmico de medidores tipo turbina aplicados à medição de vazão de Gás Liquefeito de Petróleo (GLP). O modelo proposto calcula a correção para o efeito de grade devido à solidez local ao longo do comprimento das pás da turbina, de forma a predizer com acurácia os coeficientes de sustentação e arrasto em cada seção da pá. Parâmetros operacionais do equipamento são obtidos a partir do modelo proposto e comparados com a performance de campo de um sistema de medição existente e em operação na indústria, para diversas condições ao longo da faixa de operação, revelando satisfatória coerência. Para a análise, é desenvolvido modelo de simulação através de técnicas de dinâmica dos fluidos computacional (CFD), que também é utilizado para a predição da susceptibilidade à cavitação nos medidores tipo turbina, tendo em vista a possibilidade de indicação de limites de operação dentro dos quais as condições de funcionamento se mantêm dentro das especificações. Como resultado, o estudo indica que o desempenho de medidores de vazão tipo turbina pode ser previsto pela estratégia de modelagem computacional proposta com base no modelo BET, e que os resultados de campo para velocidade angular e linearidade podem ser reproduzidos com precisão.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo dos constituintes dos produtos de pirólise visando a produção de biocombustíveis e químicos
(Universidade Federal do Pará, 2020-09-21) FERREIRA, Márcia de Fátima Pantoja; RIBEIRO, Nielson Fernando da Paixão; http://lattes.cnpq.br/0755443458423442; https://orcid.org/0000-0001-6145-7993; FRANÇA, Luiz Ferreira de; http://lattes.cnpq.br/6545345391702172
O presente trabalho tem o objetivo de utilizar a pirólise lenta em resíduos de biomassa (EFB) como potencial energético na produção de biocombustiveis. A matéria prima foi obtida de agroindústria e submetida à lavagem, secagem e trituração. Os experimentos foram realizados em reator de leito fixo e o planejamento composto central rotacional foi utilizado para otimizar as variáveis temperatura (459, 500, 600, 700, 741 °C) e vazão de gás de arraste (0,259; 0,3; 0,4; 0,5 e 0,541 L/min), a fim de identificar as condições ideais de obtenção de bio-óleo (BO). A partir do resultado otimizado, caracterizaram-se os produtos utilizando diversas técnicas (FTIR, CG/MS, CCDAE, RMN, MEV, teor de água, CHN). A temperatura foi o parâmetro mais influente em relação aos rendimentos líquido e sólido, e, a combinação das variáveis influenciou o rendimento em gás. Houve um maior rendimento em BO (45,29%) cuja composição apresentou grande quantidade de ácidos graxos, alcanos, alcenos e compostos fenólicos, este último com alta capacidade antioxidante. O biocarvão apresentou baixo rendimento (27,52%), mas boa capacidade energética, o rendimento em gases foi de 27,89%. O poder calorífico do BO foi de 24,48 MJ/kg e do biocarvão de 19,27 MJ/kg. Os resultados das técnicas usadas comprovam o uso de EFB como fonte renovável na obtenção de biocombustiveis.
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Extração e transesterificação do óleo de resíduo industrial de palmiste usando metanol supercrítico
(Universidade Federal do Pará, 2018-11-23) COSTA, Wanessa Almeida da; CARVALHO JÚNIOR, Raul Nunes de; http://lattes.cnpq.br/5544305606838748
O palmiste é uma semente oleaginosa encontrada em frutos de Elaeis guineensis Jacq. e que representa um dos principais óleos consumidos no mundo, com uma produção média de 18,59 milhões de toneladas. Seu principal processo de obtenção é a extração por prensagem mecânica que gera, no mundo, aproximadamente 9,6 x 109 toneladas de resíduo também chamado de torta residual. Uma vez que esse resíduo pode ainda apresentar cerca de 12% de óleo remanescente, a extração por fluido supercrítico (EFS) é apresentada como uma alternativa à recuperação deste óleo. A extração por Soxhlet também foi feita para que fosse comparada com a EFS. Pressões de 150, 250 e 350 bar e temperaturas de 40, 60 e 80 °C foram utilizadas nos experimentos. A matéria-prima foi caracterizada antes e depois da EFS por umidade, cinzas, fibras, proteínas e lipídeos e os extratos foram caracterizados por cromatografia gasosa/espectrometria de massas (CG/EM). Os dados cinéticos foram comparados ao modelo de Sovová (2012) e a condição de maior rendimento foi usada nos experimentos de transesterificação. Foram usadas razões molares de 1:24 e 1:42 (óleo:metanol), temperaturas de 250, 300 e 350 °C, pressão constante de 200 bar e tempos reacionais de 5, 10, 15, 20 e 25 minutos. Os produtos também foram analisados por CG/EM para verificação da transformação dos triacilglicerois em ésteres metílicos. Os principais resultados deste estudo foram: a EFS não altera a composição centesimal da matéria-prima; a condição de maior rendimento foi 350 bar e 80 °C; o modelo de Sovová (2012) se ajustou bem aos dados cinéticos; a condição 1:42, 350 ºC foi a que obteve maior teor de ésteres (99,81%) em apenas 5 minutos de reação. A transesterificação de óleo de palmiste em meio supercrítico é uma alternativa válida e que apresenta vantagens em relação ao método convencional, entretanto uma análise mais aprofundada considerando as limitações técnicas e econômicas deste método é necessária.
Acesso aberto (Open Access)
Interações com nanotubos de carbono e pontos quânticos de óxido de grafeno com estruturas externas do Sars-cov-2 via simulações de dinâmica e docagem molecular
(Universidade Federal do Pará, 2023-06-02) LOBATO, Júlio César Mendes; OLIVEIRA, Mozaniel Santana de; http://lattes.cnpq.br/0810227136654245; https://orcid.org/0000-0002-4076-2443; CHAVES NETO, Antonio Maia de Jesus; Lattes: 3507474637884699
Avaliou-se a interação entre nano partículas e as proteínas do vírus SARS-CoV-2, utilizando ligantes como nanotubos de carbono de parede única (NTCPUs) e receptores, incluindo a proteína do envelope (E-pro), a principal protease (M-pro) e a glicoproteína Spike (S-gly). Foram aplicadas técnicas de modelagem molecular de docagem e dinâmica molecular. A dinâmica molecular revelou o desvio quadrático médio de posições atômicas variando de 0,5Å a 3,0Å. Os resultados indicaram que o nanotubo zigzag apresentou melhor energia de afinidade, com valores de energia livre de ligação de -9,48, -9,98 e -10,08 kcal/mol para E-pro, M-pro e S-gly, respectivamente. Além disso, o desvio quadrado médio das posições atômicas se manteve mais estável para este tipo de nanotubo, indicando alta probabilidade de ligação aos sítios ativos das macromoléculas. Os acoplamentos moleculares e a energia livre de ligação mostraram forte interação dos NTCPUs com os resíduos do sítio ativo S-gly, com valores de - 112,73, -94,38 e -80,49 kcal/mol para os ligantes zigzag, quiral e armchair, respectivamente.Numa segunda etapa, foram usados cinco pontos quânticos de óxido de grafeno (OG) com dimensões inferiores a 20 nm, como ligantes, interagindo apenas com os receptores das spikes de três cepas diferentes: S-GLY-OMICRON, S-GLYKAPPA e S-GLY-DELTA. Comparando os dois ligantes, observou-se que a interação S-GLY-OMICRON/OG-E apresentou melhor afinidade com energia livre de Gibbs de - 172,2510 KJ/mol, em comparação com a melhor afinidade dos nanotubos de carbono, S-gly/zig-zag, com ΔG de -112,73 KJ/mol. Os oito ligantes propostos têm alta probabilidade de se ligarem aos sítios ativos das macroestruturas. Em conclusão, tanto os nanotubos de carbono quanto os OGs mostraram-se promissores para aplicação em produtos inibidores do SARS-CoV-2, como o desenvolvimento de materiais parafabricação de equipamentos de proteção individual, sprays e soluções impermeabilizantes em geral.
Acesso aberto (Open Access)
Interações de carvão ativado, fármacos e libidibia ferrea contra o vírus SARS-COV-2
(Universidade Federal do Pará, 2021-08-25) ARAÚJO, Herica Daniele Costa; CHAVES NETO, Antonio Maia de Jesus; http://lattes.cnpq.br/3507474637884699; https://orcid.org/0000-0002-9730-3512
As elevadas taxas de infecção e mortalidade da Síndrome Respiratória Aguda Grave (SARS-CoV-2) ou infeção chamada COVID-19 tem causado severos impactos sócioeconômicos mundialmente. A transmissão ocorre basicamente pelo contato com fluidos corporais. Nas vias aéreas, por spray de gotículas e/ou aerossóis suspensos no ambiente e/ou depositados em superfícies. A eficácia do uso de máscaras eficientes na contenção do contágio é uma necessidade. O presente trabalho avaliou a capacidade de adsorção dos filtros contendo carvão ativado e carvão ativado modificado durante a nanofiltragem nas máscaras com maiores eficácias. As possíveis interações entre a proteína de pico e da membrana com o carvão ativado não modificado com oxigênio e o carvão ativado modificado com oxigênio foram avaliadas por docagem molecular e dinâmica molecular. Utilizou-se os softwares Autodock Vina 4.2.6 e AMBER 16 nas simulações. Resultados dos complexos formados entre ligante-receptor tiveram a energia de afinidade, o desvio quadrado médio da raiz (RMSD) e a energia livre de Gibbs de ligação avaliados. O carvão ativado modificado com oxigênio demostrou maior espontaneidade nas interações proteicas. E, outra frente de combate ao coronavírus foi abordada neste trabalho: o tratamento dos infectados, pois avaliou-se a ação inibitória dos princípios ativos de retrovirais conhecidos pela literatura, bem como novos compostos da flora brasileira docados com as proteínas de pico (S-pro), membrana (M-pro) e envelope (E-pro). Três fármacos (Colchicina, Nafamostato e Selinexor) e três compostos originados da Libidibia ferrea ou Caesalpinia ferrea (Ácido Elágico, Pauferrol A e Sitosterol) interagiram como ligantes. E, após a docagem, demonstrou-se graficamente as energias de afinidade mais favoráveis dos sítios ativos estabelecidos entre ligantes e receptores. A docagem foi realizada por meio do servidor SwissDock. As interações dos ligantes Pauferrol A e Colchicina com as proteínas contidas na superfície viral apresentaram destaque por estabelecerem melhores afinidades energéticas.
Acesso aberto (Open Access)
Modelagem chuva-vazão-produção de sedimentos via problemas inversos
(Universidade Federal do Pará, 2023-10-05) TORRES FALCÓN, Cindy; ESTUMANO, Diego Cardoso; http://lattes.cnpq.br/5521162828533153; https://orcid.org/0000-0003-4318-4455; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808; https://orcid.org/0000-0001-8022-2647
O desenvolvimento de modelos matemáticos e métodos diretos têm possibilitado a predição de fenômenos hidrológicos, como, por exemplo, chuva-vazão-produção de sedimentos. Com intuito de complementar o modelo de simulação, os problemas inversos podem ser utilizados para determinar as propriedades desses fenômenos e estimar os parâmetros, os quais não podem ser medidos diretamente. Assim, este estudo foi desenvolvido em uma pequena bacia hidrográfica da Amazônia com dados de precipitação e parâmetros estimados através do modelo Kineros2 (K2) / modelo direto (MD). O estudo propõe soluções ao problema inverso (PI) caracterizado pelo fenômeno chuva-vazão-produção de sedimentos para eventos com dados escassos, visando estimar a taxa de entrada, estimar os parâmetros físicos, a lâmina de água e a produção de sedimento da bacia analisada. Os dados de carga de sedimentos são oriundos da estação medidora de sedimentos na pequena bacia hidrográfica. Para uma análise mais pontual e detalhada do comportamento do modelo, também foram realizadas combinações de informações provenientes das observações e do modelo Kineros2 (K2) simultaneamente com Problemas inversos (PI). A principal contribuição científica do trabalho é a aplicação do método dos problemas inversos (inferências bayesianas juntamente com uma série de Fourier) para estimativa dos parâmetros do modelo de onda cinemática e do balanço de massa, e para estimativa da lâmina de água e da produção de sedimentos de uma pequena bacia hidrográfica na Amazônia. Os resultados apresentaram bom ajuste entre os dados observados e preditos via PI, pois foram obtidos coeficientes de Nash-Sutcliffe acima de 0,70 e RMSE entre 0.27 e 1.99 na calibração e na validação do modelo chuva-vazão-produção de sedimentos. A simulação da lâmina de água e da produção de sedimentos mostrou um grau de confiabilidade de 95%, sendo consistente com os dados observados.
Acesso aberto (Open Access)
Modelagem numérica-experimental da produção de sedimentos de pequenas bacias hidrográficas da Amazônia
(Universidade Federal do Pará, 2021-04-22) BARBOSA, Ana Júlia Soares da Silva; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808; https://orcid.org/0000-0001-8022-2647
A erosão é um processo de impacto direto em ambientes urbanos e rurais. O entendimento desse processo requer o uso de modelos e técnicas de geoprocessamento e de campo, para estimativa aproximada da realizada, já que se trata de um fenômeno com muitas variáveis a serem levadas em consideração. Para o presente estudo utilizou-se de dois modelos para geração de dados em uma pequena bacia hidrográfica amazônica. A USLE (universal soil loss equation) e também a versão modificada MUSLE. Para os dois modelos foram determinados os fatores comuns (K, LS, C e P). Para a USLE a calibração ocorreu para a erosividade da chuva, que é o fator diferencial desse modelo. Após aplicação da USLE com fator R calibrado, o modelo foi aplicado à área de estudo com obtenção de perda de solo média de 1,99 ton. ha-1.ano-1, para um período de 21 anos. Para a MUSLE, as variáveis diferenciais são as hidrológicas (Q e qp) foram determinadas através da análise dos hidrogramas observados com auxílio de um filtro digital. Dois métodos de calibração e validação foram feitos para a MUSLE. O método 1 calibrou os fatores ɑ e b, com dados da produção de sedimentos medidos de 62 eventos de cheia dos anos de 2012 a 2014. Os valores encontrados para os fatores ɑ e b foram iguais a 19,90 e 0,60, respectivamente. A MUSLE foi validada com dados da produção de sedimentos medidos de 62 eventos de cheias dos anos de 2014 e 2015. A equação da MUSLE validada representou de forma satisfatória, em mais de 70%, os dados de perda de solo observados na bacia hidrográfica do igarapé da Prata. O método 2 calibrou apenas o valor de a, por meio do uso da curva de descarga de sólidos com regressão potencial para os anos de 2012 e 2013, as quais apresentaram R2 de 0,70 e de 0,68, respectivamente. O valor de ɑ obtido foi de 17,25, e foi aplicado para a MUSLE, conservado o valor de b em 0,56, valor original do modelo. A validação para esse último método mostrou-se adequada, com R2 de 0,69. Esses resultados validam os modelos empíricos para região com atividades experimentais, o que corrobora para a produção de informações de sedimentos na região amazônica, como forma de amadurecimento e busca de novas pesquisas, para a compreensão dos impactos advindos do transporte de solo entre áreas e no ambiente hídrico.
Acesso aberto (Open Access)
Modelo de inteligência artificial para estimativa do desmatamento considerando a rede de transporte rodoviário do estado do Pará
(Universidade Federal do Pará, 2022-01-10) NEVES, Patrícia Bittencourt Tavares das; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808; https://orcid.org/0000-0001-8022-2647; DUARTE, André Augusto Azevedo Montenegro; http://lattes.cnpq.br/1135221873341973; https://orcid.org/0000-0003-4586-1587
Desde a década de 1950 a matriz de transporte amazônica, assim como de todo o Brasil, priorizou o modal rodoviário sem considerar a potencialidade hidroviária da Amazônia. Estudos anteriores indicam que o sistema rodoviário, formado pela rede viária regulamentada integrada a uma vasta rede clandestina, tem forte relação espacial com o desmatamento da floresta. Assim, o objetivo do trabalho é realizar uma análise quantitativa das variáveis relacionadas ao processo de desmatamento da floresta Amazônica, no período de 1988 a 2018. A área de estudo é o território do estado do Pará, localizado na Amazônia Oriental, segundo maior estado do Brasil em extensão territorial e o mais desmatado. O recurso matemático utilizado foi inteligência artificial com aplicação da técnica de aprendizado de máquinas (machine learning). Utilizaram-se variáveis quantitativas relacionadas à infraestrutura de transportes, variáveis sociais e econômicas, e como variável ambiental, a área desmatada. Foram testados três modelos e o algoritmo Random Forest apresentou o melhor desempenho. Com a função gerada, foi estimada a área desmatada para os anos de 2020, 2030, 2040 e 2050. Utilizou-se análise de sensibilidade para estimar a área desmatada com a implantação da BR-163 e BR-210, na região Norte do Pará. Os resultados demonstram que, mantendo-se o cenário atual, o desmatamento ainda será intenso nas próximas três décadas, com 25,77% de crescimento em relação à área atual, embora com taxas decenais decrescentes e a estimativa de área desmatada promovida pela implantação das rodovias federais é de 4.703,43 km2 a 6.567,48 km2 .
Acesso aberto (Open Access)
Modelos matemáticos de transferência de calor e massa: extração de metais por membranas poliméricas e sinterização de materiais cerâmicos
(Universidade Federal do Pará, 2024-07-16) VILHENA, Mailson Batista de; SOUZA, José Antônio da Silva; http://lattes.cnpq.br/6157348947425968; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505
O objetivo geral deste trabalho foi apresentar um estudo matemático da transferência de massa multicomponente em uma célula de extração de íons metálicos através de uma membrana polimérica plana e realizar um estudo experimental e cinético voltado para a produção de agregado sintético a partir de resíduos de bauxita. Na primeira parte do trabalho, desenvolveu-se um modelo de transferência de massa para a recuperação de íons metálicos utilizando membranas poliméricas planas. Diferentemente da maioria dos modelos existentes, que se limitam ao estudo de um único componente e não consideram a seletividade e os efeitos de múltiplos componentes na cinética de reação, propõe-se um modelo capaz de simular a extração simultânea de vários metais. Este modelo é baseado na equação de conservação de massa e foi resolvido utilizando a Abordagem das Equações Integrais Acopladas (CIEA), sendo validado com medições experimentais e simulações anteriores. Na segunda parte, foi realizado um estudo experimental e teórico utilizando um modelo cinético para a produção de agregados graúdos sintéticos a partir de resíduos de bauxita, sílica e argila. O estudo experimental incluiu a produção e caracterização dos agregados em diferentes composições. Para analisar o processo de sinterização de uma pelota em tamanho real, foi construído um pequeno forno elétrico com uma balança acoplada, permitindo o monitoramento das medidas de perda de massa em função da temperatura e do tempo. Além disso, foi realizado um estudo cinético utilizando modelos matemáticos para avaliar as principais reações de estado sólido e suas transformações de fase durante o processo de sinterização, utilizando dados experimentais de análise térmica.
Acesso aberto (Open Access)
Obtenção de extratos com potencial bioativo a partir da polpa do piquiá (caryocar villosum (aubl.) pers.) utilizando dióxido de carbono no estado supercrítico
(Universidade Federal do Pará, 2024-09-30) CORDEIRO, Renato Macedo; CARVALHO JÚNIOR, Raul Nunes de; http://lattes.cnpq.br/5544305606838748; https://orcid.org/0000-0002-4433-6580
Em um contexto de crescente demanda por substâncias com propriedades benéficas para a saúde, os extratos provenientes de algumas espécies vegetais encontradas na Amazônia são uma fonte promissora de compostos bioativos. Caryocar villosum (Aubl.) Pers. é uma fruta nativa da região amazônica, popularmente conhecida como piquiá, considerada uma fonte de compostos bioativos. O processo de extração supercrítica da polpa do piquiá foi investigado neste trabalho com o objetivo de avaliar os parâmetros do processo, rendimento global, cinética de extração, perfil de ácidos graxos, teor de α-tocoferol, qualidade funcional e caracterização físico-química. Para isso, foi considerada a influência da temperatura de extração, pressão e densidade do solvente no rendimento da extração. A qualidade dos extratos obtidos foi avaliada em termos de perfil de ácidos graxos, índices de qualidade funcional, caracterização físicoquímica e teor de α-tocoferol. Foi realizado o estudo cinético da extração do piquiá com fluido supercrítico, por meio de dados experimentais e modelos matemáticos. O rendimento da extração resultou ser maior com o aumento da pressão em cada isoterma. O maior rendimento obtido foi de 62,74 %, enquanto o menor foi de 44,01%. Os modelos matemáticos cinéticos de Martinez e Barton mostraram ter um bom desempenho para correlacionar o processo de extração da polpa do piquiá. Os principais ácidos graxos observados nos extratos obtidos em todas as condições operacionais foram o oleico e o palmítico. O extrato obtido na condição operacional de 60 °C e 250 bar apresentou o maior teor de α-tocoferol comparado com as outras condições experimentais deste trabalho. Os resultados indicaram que os extratos da polpa de piquiá obtidos por meio da extração com CO2 supercrítico apresentam-se como um produto com potencial para avii indústria devido à sua qualidade funcional.
Acesso aberto (Open Access)
Obtenção do óleo e da polpa sem gordura do açaí (euterpe oleracea) por extração supercrítica: caracterização físico-química, estudo da citotoxicidade e vida de prateleira
(Universidade Federal do Pará, 2025-01-06) SIQUEIRA, Letícia Maria Martins; BRASIL, Davi do Socorro Barros; http://lattes.cnpq.br/0931007460545219; https://orcid.org/0000-0002-1461-7306; CARVALHO JÚNIOR, Raul Nunes de; http://lattes.cnpq.br/5544305606838748; https://orcid.org/0000-0002-4433-6580
O açaí é um produto muito importante para o desenvolvimento do estado do Pará, para a bioeconomia e o mercado tem se mostrado crescente. Atualmente a maioria da produção do estado é apenas da polpa do fruto, logo a importância de novos produtos com valor agregado e a necessidade de investir em novos processos sustentáveis para o desenvolvimento da região. Portanto o objetivo desse trabalho foi obter o óleo e a polpa sem gordura da polpa de açaí por extração supercrítica, determinar os principais compostos bioativos, avaliar a possível citotoxicidade em células MRC-5 e VERO in vitro e avaliar a vida de prateleira dos produtos. A polpa liofilizada de açaí foi submetida à extração com CO2 supercrítico nas condições 323,15 K a 35 MPa, 333,15 K a 42 MPa e 343,15 K a 49 MPa. O maior rendimento (51,74 %), carotenoides (277,09 µg / g), DPPH (2,55 μmol TE / g), ABTS (2,60 μmol TE / g) e FRAP (15,25 μm de sulfato ferroso / g) do óleo e ABTS (644,23 μmol TE / g) da polpa sem gordura foram encontrados na condição 343,15 K a 49 MPa. Os maiores teores de compostos fenólicos (150,20 mg GAE / g b.s.), DPPH (414,99 μmol TE / g b.s.) e FRAP (746,2 μm de sulfato ferroso / g) da polpa sem gordura foram encontrados na condição 323,15 K a 35 MPa. A polpa sem gordura apresentou altos teores de antocianinas sem variação significativa. Os produtos não apresentaram citotoxicidade. O tempo de meia vida da polpa liofilizada e da sem gordura na presença de luz (Becker) foi menor que a das embalagens, sendo que a embalagem selada obteve maior tempo de meia vida comparada com a selada a vácuo para a polpa liofilizada, já para a polpa sem gordura a embalagem selada a vácuo obteve maior tempo de meia vida comparada com a selada. Os resultados obtidos para a estabilidade do óleo de açaí qualificam-no como óleo de mesa e não como óleo de fritura, já que em temperaturas mais altas ele sofre degradação mais rápido. Os resultados mostraram que os produtos têm potencial aplicação na indústria.
Acesso aberto (Open Access)
Otimização geométrica de pás de turbinas hidrocinéticas cavitantes sob efeito difusor
(Universidade Federal do Pará, 2022-11-22) PICANÇO, Hamilton Pessoa; VAZ, Jerson Rogério Pinheiro; http://lattes.cnpq.br/1623983294183975; https://orcid.org/0000-0001-6440-4811; LINS, Erb Ferreira; http://lattes.cnpq.br/5272283698536321; https://orcid.org/0000-0002-6643-5889
A tecnologia de difusores alocados em torno de rotores de turbinas hidrocinéticas objetiva melhorar a conversão da energia do fluido em potência mecânica, embora as pás de turbinas sob efeito difusor sejam suscetíveis à cavitação, o que pode comprometer o aumento da eficiência do sistema. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de modelo de otimização geométrica aplicado à pás de turbinas hidrocinéticas aumentadas por difusor. O modelo proposto leva em conta o possível surgimento de cavitação nas pás do rotor. A principal contribuição desta proposta de trabalho para o estado-da-arte é o desenvolvimento de um procedimento de otimização que considera os parâmetros da eficiência do difusor, ηd, e o empuxo no difusor, CT d, na formulação do problema. O modelo é baseado no Teoria do Elemento de Pá para a busca da geometria otimizada, resultante da distribuição das cordas e ângulos de torção que minimizem ou eliminem a ocorrência de cavitação. O critério do mínimo coeficiente de pressão é usado para avaliar a cavitação nas pás. Além disto, uma investigação por meio de Dinâmica dos Fluidos Computacional é conduzida para validar o modelo com base na formulação das Equações Médias de Navier-Stokes, usando o modelo κ-ω-SST de turbulência e o modelo de cavitação de Rayleigh-Plesset na geração de cavitação, conforme a produção de vapor de água nas pás. Tal metodologia foi aplicada no projeto de um rotor hidrocinético com diâmetro de 10m, potência nominal de 250 kW em uma corrente d’água de 2,5 m/s. Uma análise do modelo proposto com e sem difusor foi realizada a fim de avaliar a influência da cavitação em uma geometria otimizada em termos da distribuição de cordas e ângulos de torção ao longo da pá. Como resultado, verifica-se que a turbina hidrocinética aumentada por difusor dobra a ocorrência de cavitação quando comparada com a turbina sem difusor. Além disso, considerando o efeito do difusor, o modelo de otimização se mostra capaz de captar e permitir o ajuste da geometria das pás no sentido de remover a ocorrência de cavitação, sendo, portanto, uma boa alternativa para o projeto de turbinas hidrocinéticas com pás livres de cavitação.