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)
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.
Acesso aberto (Open Access)
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.
Acesso aberto (Open Access)
Análise microestrutural e de propriedades mecânicas de revestimentos soldados por SAW e GMAW-CW
(Universidade Federal do Pará, 2016-01) CARVALHO, Márcio Corrêa; SOUZA, José Antônio da Silva; http://lattes.cnpq.br/6157348947425968; BRAGA, Eduardo de Magalhães; http://lattes.cnpq.br/4783553888547500
Revestimentos depositados por soldagem tem sido largamente empregados em diversas areas da industria da mineração. Os processos de soldagem a arco, gas e metal ou metal inert/active gas (MIG/MAG) ou gas metal arc welding (GMAW), a arco, gas e metal com adição do arame frio ou gas metal arc welding and cold wire (GMAW-CW) e soldagem a arco submerso submerged arc welding (SAW), têm sido estudados com foco na aplicação de revestimentos resistentes ao desgaste. O uso de processos com alta produtividade e com exibilidade para alteração da composição química mostra-se no caso do processo SAW como viavel, e promissor no caso do processo GMAW-CW, na aplicação de revestimentos resistentes ao desgaste. Neste trabalho foram investigados a microestrutura e as propriedades mecânicas de revestimentos resistentes ao desgaste obtidos pelo processo SAW e GMAW-CW em revestimentos de carbetos de cromo primario (RCC) e revestimentos ferrticos de segunda fase (RFe-SF). As tecnicas de caracterização estrutural convencionais como microscopia optica (MO) e espectroscopia de emissão optica (EEO), e avancadas como difração de raios X (DRX) e difração de eletrons retroespalhados (DERE) ou electron backscattered di raction (EBSD), identicaram as fases (M7C3, M23C6, austenita e ferrita), defeitos (trincas, pos não-dissolvidos e porosidades) e mecanismos de formação de defeitos (trincas de solidicação e falhas de fabricação) nestes revestimentos. As tecnicas de caracterização de propriedade mecânicas convencionais como microdureza e não convencionais como o teste de impacto abrasão compacto (TIAC) apresentaram-se como importantes ferramentas no estudo do desgaste de revestimentos depositados por soldagem. Os RFe-SF's e RCC apresentaram um crescimento da perda de massa ao longo do tempo de ensaio. O RCC apresentou a menor taxa de perda massa, 48,1 % menor que o RFe-SF de maior razão de arame frio (rAF) e 61,4% menor que o RFe-SF de menor rAF. A taxa de perda de massa aumentou com a rAF. A taxa de perda de massa do RFe-SF de menor rAF e 34,6 % maior que a do RFe-SF de maior rAF. A taxa de perda de massa em relação a rAF , comportou-se de forma inversa em relação a microdureza, ou seja, quanto maior a microdureza menor a perda de massa.
Acesso aberto (Open Access)
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.
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)
Estudo do processo de craqueamento termocatalítico da borra de neutralização do óleo de palma para produção de biocombustível
(Universidade Federal do Pará, 2015-04-17) SANTOS, Marcelo Costa; BORGES, Luiz Eduardo Pizarro; http://lattes.cnpq.br/8756886156388456; MACHADO, Nélio Teixeira; http://lattes.cnpq.br/5698208558551065
As borras oriundas de refino de óleos vegetais são resíduos agroindustriais obtidos após a etapa de neutralização dos óleos vegetais, os quais constituem material de baixo valor agregado, além de ser um passivo ambiental para as agroindústrias, deste modo, vem se tornando cada vez mais atrativo o uso desses resíduos como matéria prima na geração de biocombustíveis. Este trabalho estuda o uso da borra de neutralização do óleo de palma como uma matéria prima alternativa, sob o ponto de vista, econômico e ambiental para o processo de craqueamento térmico-catalítico. Inicialmente foram realizados experimentos de craqueamento térmico e catalítico da borra de neutralização e do óleo de palma (em um único reator) e testes catalítico (no segundo reator de descarboxilação acoplado no primeiro), ambos em escala de bancada; posteriormente foram realizados experimentos de craqueamento térmico-catalitico e catalítico (somente na escala semipiloto) da borra de neutralização em escala semipiloto e piloto, utilizando diversos tipos de catalisadores (Na2CO3, CaCO3, alumina ativada, Zeólita HY, HZSM-5 e FCC). O produto líquido orgânico (PLO) obtido e as frações obtidas da destilação em escala de bancada e piloto foram caracterizados e comparados com a norma vigente. Os resultados obtidos em escala de bancada mostraram que o catalisador alumina ativada providenciou o maior rendimento em base úmida (83,70%), tendo o óleo de palma como matéria prima, no entanto, o biocombustível obtido com Na2CO3 apresentou melhor qualidade quanto às características físico-químicas. Na escala semipiloto, o maior rendimento foi o experimento térmico da borra (78,36%), seguido pelo experimento com 5% de alumina ativada (71,47%), porém o uso do Na2CO3 apresentou melhor qualidade quanto às características físico-químicas. Os experimentos na escala piloto mostraram o maior rendimento (71%) obtido com 15% de Na2CO3 na temperatura de 440 ºC. Os resultados obtidos das análises cromatográficas dos PLOs obtidos nesta escala confirmaram que o aumento no percentual de catalisador possibilitou a formação de um PLO rico em hidrocarbonetos (91,22%) contendo alifáticos, olefínicos, naftênicos e aromáticos e baixos teores de compostos oxigenados (8,78%). Enquanto a destilação do PLO do Experimento 5 possibilitou a obtenção de frações ricas em hidrocarbonetos e ausentes de compostos oxigenados.
Acesso aberto (Open Access)
Obtenção de extratos da polpa de açaí (Euterpe oleracea) por extração supercrítica: isotermas de rendimento global, atividade alelopática dos extratos, enriquecimento de antocianinas e compostos fenólicos
(Universidade Federal do Pará, 2016-10-04) BATISTA, Camila de Cássia Rodrigues; MACHADO, Nélio Teixeira; http://lattes.cnpq.br/5698208558551065; CARVALHO JUNIOR, Raul Nunes de; http://lattes.cnpq.br/5544305606838748
O açaí (Euterpe oleracea) é um dos alimentos funcionais mais populares da Amazônia, amplamente consumido pelo Brasil e tornou-se conhecido em outros países, em especial, devido aos muitos benefícios que possui para uma vasta utilização no crescente mercado de nutracêuticos. Extratos derivados do açaí apresentam uma série de componentes com propriedades antioxidantes, vasodilatadoras, anti-inflamatórias e energéticas. Dentre as tecnologias apropriadas nos processos de extração, a tecnologia supercrítica tem se tornado vantajosa em obter extratos com maior qualidade, agregando valores aos produtos e subprodutos do processo. Diante disto, este trabalho apresenta como objetivo um estudo do processo de extração supercrítica da polpa de açaí para obtenção de extratos ricos em compostos bioativos. Uma avaliação das variáveis do processo de extração supercrítica com CO2 (temperatura, pressão e densidade de solvente) da polpa do açaí mostrou as condições que maximizam a quantidade de extratos (fração lipídica) obtidos, assim como possibilitam a concentração de antocianinas na polpa de açaí desengordurada para posterior extração supercrítica destes compostos. Os extratos obtidos da extração com CO2 foram avaliados quanto a composição em ácidos graxos e atividade alelopática. As isotermas de rendimento global mostraram que a quantidade máxima de extrato obtida no processo foi na condição de 70°C/490 bar seguido da condição de 50°C/350 bar.
Acesso aberto (Open Access)
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.
Acesso aberto (Open Access)
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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