IES - Dissertação

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Produção de Biogás a Partir da Codigestão de Cama de Frango e Efluente de Suinocultura
(2021) Somer, Juliana Gaio; Orientador
Há um crescente interesse mundial pela produção de energias renováveis, especialmente nos países comprometidos com causas ambientais. No Brasil existem 675 plantas de biogás, das quais 79% têm como fonte de substrato o setor agropecuário (1). Quando considerado o perfil produtivo mundial de proteína animal (suínos e aves de corte), o Brasil é o quarto colocado (2; 3), o que representa um grande impacto na quantidade de dejetos que podem ser gerados e tratados via digestão anaeróbia, que origina o biogás como produto. O objetivo deste trabalho foi avaliar diferentes proporções de codigestões entre efluente da suinocultura e cama de frango, com foco na maior produção de biogás e metano, além de analisar o efeito do enriquecimento microbiano do inóculo na produção de biogás. O ensaio de potencial de produção de biogás foi conduzido com o planejamento experimental Doehlert, com variação dos percentuais de codigestão: efluente de suinocultura com adição de cama de frango nos percentuais: 0%, 10%, 20%, 30% e 40% (m/m). Após preparadas as codigestões, houve uma separação das frações (sólida e líquida) e a líquida foi utilizada nos ensaios. A outra variável foi a quantidade de inóculo adicionado (ISR), nos níveis de 2; 1,25 e 0,5. O maior rendimento foi obtido nas codigestões em que foi adicionado entre 10% e 30% de cama de frango ao efluente de suinocultura e na maior proporção de inóculo. Sob as melhores condições experimentais, o enriquecimento do inóculo foi realizado com microrganismos isolados do próprio inóculo e o incremento na produção de biogás chegou a 34%, quando comparado com o uso de inóculo padrão. Os resultados obtidos neste trabalho evidenciam a viabilidade técnica da codigestão do efluente de suinocultura com a cama de frango para incremento na produção de biogás, adicionalmente ao ganho ambiental de destino adequado aos dejetos dos animais.
Desenvolvimento de um Sistema Embarcado Autocalibrado para Gestão Energética pelo Lado da Demanda
(2021) Silva, Eder Andrade da; Orientador
Em virtude da crescente preocupação e busca pela sustentabilidade energética, tem-se o aumento da demanda recente na área de gestão e eficiência energética relacionado com Internet of Things (IoT), Smart Home, Smart Building e Smart Grid. Áreas que estão interligadas com o desenvolvimento de Smart Energy Meters. Observa-se que a disponibilidade do padrão de consumo em tempo real, faz parte da necessidade apresentada pela pesquisa e que é essencial para perceber e compreender oportunidades de economia. Neste contexto, esta dissertação documenta o desenvolvimento de um sistema embarcado para realizar a medição, o monitoramento de consumo e o controle de cargas elétricas, possibilitando a melhoria da eficiência energética nos sistemas de energia pela gestão realizada pelo lado da demanda. O medidor inteligente desenvolvido mede eletronicamente o consumo e, outros parâmetros em um determinado intervalo de tempo e transmite por meio do protocolo Message Queue Telemetry Transport (MQTT), as medições por uma rede de comunicação sem fio para um servidor hospedado em nuvem acessível ao usuário de forma remota. As informações podem ser visualizadas em aparelhos eletrônicos portáteis com acesso à internet, informando o usuário sobre seu consumo de energia, possibilitando o controle e a gestão completa sobre a carga. Para o desenvolvimento do protótipo, foi utilizado o circuito integrado (CI) ADE9153A, sendo este um CI de medição de energia com autocalibração, em conjunto com um ESP32, um microcontrolador equipado com comunicação sem fio, sendo que o custo final do dispositivo ficou abaixo de trezentos e cinquenta reais para produção de um lote de dez unidades. A validação do dispositivo produzido foi realizada comparando as leituras do dispositivo com as leituras obtidas através do sistema de avaliação do fabricante do circuito integrado ADE9153A, que garante Classe 1 de exatidão nas medições de energia ativa conforme os padrões IEC 62053-21; IEC 62053-22; EN50470-3; OIML R46; e ANSI C12.20. O resultado das medições do dispositivo desenvolvido comparados as medições do sistema de avaliação do fabricante apresentou erros menores que ±0,1% e, erros menores que ±1% com relação ao fundo de escala do dispositivo, mostrando-se como uma solução viável para a aplicação proposta e para outras aplicações com pequenas adequações do software e da plataforma de monitoramento.
Esfoliação Eletroquímica do Grafite de Pilhas Usadas para Obtenção de Óxido de Grafeno
(2022) Yu, Tiffany M.; Orientador
A pilha é um objeto de uso comum que está presente em nosso cotidiano nas suas mais variadas formas, mas devido ao seu baixo custo, alta demanda em dispositivos eletrônicos e algumas por não ser recarregáveis, milhares delas são descartadas em aterros sanitários ou incineradas (e muitas vezes, de maneira inadequada) em todo o mundo. Todavia, muitos dos componentes contidos em uma pilha podem ser reciclados. Entretanto, as hastes de grafite, que é um destes componentes, são queimadas durante o processo de reciclagem, transformando-se em gás carbônico ou deixadas como outros resíduos. Neste trabalho, com objetivo da redução de impacto ambiental ocasionado pelo descarte não adequado de pilhas, adota-se o estudo do potencial da esfoliação eletroquímica para a síntese de estruturas de grafeno (material de alto valor agregado) utilizando hastes de grafites extraídas de pilhas de zinco-carbono. Dessa forma, o processo foi estudado para avaliar o desempenho, rendimento e estrutura dos materiais obtidos. Variações da concentração do eletrólito, a marca da pilha, a utilização de um pré-tratamento de imersão em água e solução ácida, o tempo de imersão desses eletrodos e a potência do ultrassom também foram analisados neste trabalho. Os resultados de caracterização física demonstram, de maneira geral, que nas condições aplicadas, o material obtido demonstra ser o óxido de grafite ou um grafite parcialmente esfoliado. A variação da concentração do eletrólito e o uso de um pré-tratamento melhora a quantidade de material esfoliado e o uso do ultrassom e seus diferentes percentuais de potência complementa o processo de esfoliação do grafite. Entretanto, desta porcentagem, o material encontra se muito heterogêneo, apresentando-se como uma mistura de pó de grafeno, grafite e/ou óxido de grafeno, demonstrando um rendimento pouco satisfatório nas variações utilizadas.
Análisis de Confiabilidad de un Sistema de Distribución Eléctrico Real
(2022) Coronel, Amina Ahmed; Orientador; Giménez Ledesma, Jorge Javier; Ando Junior, Oswaldo Hideo
La calidad del servicio eléctrico en un sistema de distribución eléctrico es un tema ampliamente tratado con el avance de la tecnología y las nuevas necesidades conectadas al sistema de distribución, este servicio se encuentra en un estado dinámico para solucionar los problemas existentes. Es por ello que las concesionarias velan por la calidad de la energía eléctrica, dentro de este concepto se encuentran los indicadores de continuidad de servicio, Frecuencia Equivalente de Potencia (FEP) y Duración Equivalente de Potencia (DEP), un valor elevado de estos indicadores afecta a la Pérdida de Energía No Facturada (PENF) revelando carencia de respuestas rápidas y efectivas de la concesionaria. Este estudio analiza el impacto de las duraciones de corte de suministro para el cálculo confiabilidad de un sistema de distribución eléctrico real, fueron analizados diez alimentadores de la Administración Nacional de Electricidad, perteneciente a la subestación Alto Paraná, localizada en Ciudad del Este – Paraguay, mediante los Métodos: de Indicadores obtenidos de los índices IEEE 1366 y Weibull. Con el objetivo de aumentar el análisis del tema abordado se proyecta la predicción de la duración aproximada de los cortes de suministros mediante métodos estadísticos como el Método T – Student el de Regresión Lineal Simple. Para ello se recolectan los datos de los indicadores de los años 2020 y 2021. El estudio de confiabilidad indicó una diferencia de hasta el 31 % entre el Método de Índices de IEEE 1366 y el Método de Weibull. También, el trabajo proyecta una estimación del valor de los cortes de suministro prediciendo a través del método de T de Student si los valores para el 2022 aumentarían el 20% o el doble del valor del año 2021, en ambos casos se rechazan la hipótesis, así mismo, se predice también a través de Método de Regresión Lineal Simple los valores del corte de suministro para los años 2022, 2023 y 2024.
Análise de Aspectos Políticos e Regulatórios do Biogás no Brasil e seu Crescimento com o Aproveitamento Energético dos Resíduos Sólidos Urbanos
(2022) Mito, Jessica Yuki de Lima; Orientador
O biogás é uma fonte de energia renovável que tem diversas particularidades e vantagens. Destas, pode se citar a possibilidade de ser estocada, além das aplicações energéticas flexíveis (elétrica, térmica e como combustível veicular). Tais particularidades do biogás possibilitam a diversificação e descentralização da geração de energia no país. Sua produção e uso energético no Brasil ainda são pequenos comparados com o potencial de países da Europa, por exemplo. Além da disponibilidade de matéria prima, tecnologias, e recursos humanos , é necessária uma estrutura política e regulatória para garantir a produção e aproveitamento energético desta fonte. Este trabalho tem caráter exploratório, de revisão bibliográfica e documenta, cujo objetivo é apresentar o arcabouço regulatório e político do Brasil para o crescimento da cadeia produtiva do biogás por meio do uso da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos . As informações sobre as políticas e regulações que abrangem sobre o biogás, são levantadas por meio de pesquisa de base de dados públicas, sites governa mentais nacionais e estaduais, e por meio de informações disponibilizadas por associações, empresas e demais instituições que atuam no setor. São apresentados os panoramas político e regulatório da fonte biogás. Estas informações disponibilizadas podem subsidiar e apoiar, tanto pessoas da área de políticas públicas brasileiras, quanto em outros países. O investimento de esforços para elaboração de políticas e regulações que considerem as especificidades do biogás permitirá condições para o crescimento e consolidação do setor. Será um importante apoio para o desenvolvimento sustentável de unidades produtivas, e, para a superação dos gargalos envolvidos na cadeia.
Utilização de Derivados de Produtos Naturais Porfirinódes na Inativação de Microrganismos usando Terapia Fotodinâmica
(2022) Rodrigues, Andréia da Cruz; Orientador
O uso de fotossensibilizadores derivados de produtos naturais porfirinóides tem se mostrado promissores quando associados a Terapia Fotodinâmica (TFD). Esta terapia é uma técnica que utiliza um fotossensibilizador (de origem natural ou sintetizado), luz e oxigênio molecular. A combinação destes três componentes levam a formação de espécies reativas que causam a morte celular. A TFD vem se destacando em aplicações na área da saúde, como no tratamento de câncer, tratamentos dermatológicos, tratamentos de micoses e outros. No entanto, ainda é necessário desenvolver novos fotossensibilizadores, mais eficientes. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi obter um novo fotossensibilizador, com bons resultados frente a inativação de microrganismos, principalmente aqueles resistentes a diversos tipos de medicamentos. Inicialmente a bactéria púrpura (Rhodopseudomonas faecalis) foi cultivada em laboratório. Após foi realizada a extração do pigmento bacterioclorofila a utilizando uma solução metanol/H2SO4 para obter o fotossensibilizador chamado bacterioclorina. A partir da bacterioclorina foram realizadas modificações estruturais a fim de torná la mais eficiente na inativação de microrganismos de forma efetiva e sustentável. Essa reação foi mantida sob atmosfera de nitrogênio para evitar oxidação e protegida da luz para não fotodegradar. Após o processo de extração, foi realizada uma reação de transesterificação com uma solução de metanol/H2SO4 (5%). Na sequência foi inserido na bacterioclorina o substituinte Trizma® [Tris(hidroximetil) aminometano] a fim de aumentar sua solubilidade. Por último, foram realizados os testes de fotoinativação de microrganismos (Staphylococcus aureus, Candida albicans, Micrococcus luteus e Pseudomonas aeruginosa), utilizando a TFD, a fonte de irradiação foi uma biotable (780 nm). Os resultados demonstraram que a fotoinativação foi promissora para inativação dos microrganismos testados, exceto em Pseudomonas aeruginosa. Com esse estudo foi possível obter dois fotossensibilizadores porfirinóides do tipo bacterioclorina (oriundo de uma bactéria) que é eficiente na inativação de microrganismos causadores de doenças, e que possa vir a sanar problemas na saúde, podendo assim auxiliar a sociedade através de tecnologias associadas com produtos naturais de forma mais sustentável, objetivando melhorias na área saúde e consequentemente no bem estar da sociedade.
Otimização do Processo de Encapsulação de Resíduo do Abate de Aves visando Aplicação Cosmética
(2022) Machado da Silva, Caroline
A grande geração de resíduos proveniente do abate de frangos no país gera a necessidade de inovações para aproveitamento desses materiais. O soro sanguíneo, rico em albumina e globulinas, por exemplo, pode ser utilizado como matéria-prima da indústria de cosméticos, minimizando seu impacto ambiental e agregando valor a esse material. Normalmente, para evitar degradação e aumentar seu tempo de vida o soro é comercializado em forma de cápsulas, que podem ser utilizadas na formulação de diversos produtos, como cremes, pomadas, loções, entre outros. A encapsulação pode ser realizada com diferentes materiais e técnicas, gerando uma vasta gama de possibilidades de aplicação. Para minimizar o tempo e custo de produção, podem ser utilizados métodos da Engenharia de Processos para otimização de processos industriais. Logo, esse trabalho visa otimizar o processo de encapsulação de soro sanguíneo residual do abate de aves, objetivando cápsulas de soro aplicáveis em cosméticos como produto. Para obtenção de um fluxograma base utilizou-se a representação do processo por meio de árvore de estados seguida pela análise com método heurístico acoplado a lógica fuzzy. A validação do fluxograma base como ótimo, ou não, foi realizada pelo método evolutivo. Para a elaboração da árvore de estados foram consideradas 5 diferentes rotas tecnológicas (polimerização, coacervação, extrusão, emulsificação e secagem), o que originou um total de 3.808 fluxogramas. Para cada rota e seus subsistemas, 42 regras heurísticas foram definidas. A aplicação dos métodos foi realizada em dois cenários: o primeiro consiste em uma empresa com alto valor de investimento visando nanocápsulas e o segundo em uma microindústria com poucos recursos com o objetivo de microcápsulas. O primeiro cenário resultou em um fluxograma base da rota de polimerização contendo as etapas de: homogeneização do material encapsulante, encapsulação em reator em batelada, separação em centrífuga e lavagem. No segundo cenário o resultado foi um fluxograma base da rota de secagem com duas etapas: homogeneização do material encapsulante e encapsulação em spray dryer. Após aplicado o método evolutivo, ambos os fluxogramas base foram considerados ótimos, para as condições definidas em cada cenário. O primeiro cenário apresenta 16 vizinhos estruturais e tem sua análise realizada de forma qualitativa. Enquanto o segundo cenário apresenta 15 vizinhos estruturais e sua análise foi feita de forma quantitativa, utilizando uma análise de margem de lucro bruto como parâmetro base. Deste modo, o trabalho permitiu a otimização do processo de produção de cápsulas de soro a partir desse resíduo de forma promissora, minimizando possíveis gastos e promovendo o desenvolvimento sustentável.
Eletrodos para Supercapacitores à Base de TiO2 e Óxido de Grafeno: Caracterização Estrutural e Eletroquímica
(2022) Souza, Giselly Alexandre de; Góes, Márcio de Sousa; Salgado, José Ricardo Cezar
A busca pela produção e utilização de tecnologias de armazenamento de carga menos poluentes e compatíveis com fontes renováveis de energia tem impulsionado o desenvolvimento das pesquisas ligadas a supercapacitores. No presente trabalho foram sintetizados e caracterizados eletrodos para supercapacitores utilizando como material base TiO2 e a ele foi adicionado óxido de grafeno, na proporção de 2 e 4% da massa. Tais materiais basilares foram produzidos, respectivamente, segundo o método hidrotérmico e o método Hummers modificado. As medidas de difração de raios X comprovaram a obtenção da fase TiO2 (Anatase) e do óxido de grafeno sintetizados. A análise morfológica, a partir do microscópio eletrônico de varredura, mostraram que os filmes possuem estruturas homogêneas da ordem nanométrica, e que com o aumento da quantidade de óxido de grafeno aumentou proporcionalmente a sua porosidade. As medidas de voltametria cíclica apontam que com a adição de 2% de óxido de grafeno ao eletrodo de TiO2 a capacitância específica aumentou, quando comparado ao eletrodo de TiO2 puro, em 375, 321, 302, 291, 293 e 295% para as respectivas velocidades de varredura de 5, 10, 20, 50, 100 e 150 mV s-1. Para a adição de 4% de óxido de grafeno houve uma diminuição da capacitância específica do eletrodo em 50, 46, 41, 36, 33 e 32% nas mesmas velocidades de varreduras citadas acima. Desse modo, comparando as duas quantidades, os resultados mostraram uma melhora significativa com apenas adição de 2% de óxido de grafeno. As respostas eletroquímicas indicam que uma pequena quantidade de óxido de grafeno auxilia na cinética de reação do eletrodo favorecendo o processo de transferência de carga e proporcionando a elevação da pseudocapacitância dos mesmos.
Desenvolvimento de um Software para Avaliação do Potencial Energético em Pequenos Cursos d’água
(2022) Araujo, Marcos Aurélio de; Orientador
Centrais hidrelétricas obtêm energia dos recursos hídricos superficiais disponíveis e a convertem em um bem econômico, quando esta energia é resultado de arranjos otimizados e ações sustentáveis, tem um custo mais baixo, maior eficiência e menor impacto ao ambiente. Para a avaliação do potencial energético dos recursos hídricos é necessário estimar as dimensões do reservatório, a sua variação de volume e as vazões, a utilização de software durante este procedimento contribui para acelerar a execução do serviço, fomentar as melhores práticas e agilizar o desempenho da organização. A proposta aqui, é o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para auxiliar os engenheiros em estudos preliminares, durante a fase de avaliação do potencial energético de pequenos cursos d'água. As soluções proporcionadas por esta tecnologia visam otimizar os processos e contribuir para o aumento da eficiência, resultando em vantagem competitiva. O software proposto é dedicado a cálculos para projetos de centrais geradoras de energia elétrica e comparar cenários. Para tal, são introduzidos no software, as características do curso d'água e o local onde a hidrelétrica será instalada, o sistema processa estes dados e apresenta um relatório com informações sobre a produção de energia. São fornecidos relatórios sobre vários cenários, o que ajuda o engenheiro a escolher o projeto que melhor satisfaz os requisitos de qualidade, e também fornece informações sobre a viabilidade ou não do empreendimento. Para o desenvolvimento do software proposto, foram utilizados os princípios da Engenharia de Software, o que proporciona uma melhor compreensão dos requisitos, uma melhor adaptação às novas tecnologias de implementação e custos de manutenção mais baixos. Para a modelagem, foi utilizada a Linguagem de Modelagem Unificada, por tratar-se de uma linguagem de modelagem que utiliza notação gráfica, utilizada em várias tarefas que envolvem projetos de software. Para a implementação, foram utilizados os conceitos de Programação Orientada a Objetos e da linguagem de programação Python, devido à sua capacidade de desenvolvimento web e à disponibilidade de um grande número de bibliotecas, o que facilita tarefas complexas. Durante os testes, os valores obtidos por meio do software foram comparados com valores reais de usinas em funcionamento, os resultados ficaram dentro de parâmetros aceitáveis. Este projeto pode contribuir com benefícios econômicos, científicos e acadêmicos, fornecendo uma ferramenta adicional para apoiar as energias renováveis.
Avaliação da Atividade Citotóxica e Genotóxica em Águas Superficiais e Subterrâneas na Região do Lixão Desativado em Foz do Iguaçu – PR
(2022) Soares, Lizandra Martins; ; ; Orientador; Frigo, Jiam Pires; Boroski, Marcela
A água é um dos assuntos que sempre está em alta no ranking das grandes preocupações em escala mundial, devido a diversos fatores, dentre eles estão: excesso de uso e má gestão deste recurso e a contaminação de mananciais colocando em risco toda e qualquer tipo de vida existente no meio ambiente. O Brasil, assim como na maioria dos países subdesenvolvidos enfrenta a problemática do descarte inadequado de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU), nesse contexto os lixões a aterros controlados se tornam alvos de pesquisa por representarem áreas potenciais de contaminação aos recursos hídricos. Estes, mesmo após seu encerramento, continuam gerando impactos ambientais no solo, no ar e nas águas subterrâneas e superficiais quando instalados onde os solos são vulneráveis à infiltração do lixiviado. Estes depósitos podem levar a alteração das características físico-químicas e biológicas das reservas naturais de determinado local. O lixão Arroio Dourado, localizado na cidade de Foz do Iguaçu (PR), desativado há 28 anos representa para a comunidade local um risco muito grande a saúde devido à exposição a céu aberto de materiais poluentes, podendo comprometer a qualidade da água dos mananciais locais. Nesse sentido, o presente estudo tem como objetivo principal analisar a qualidade da água do Arroio Dourado, em uma área sob influência do lixão desativado de Foz do Iguaçu, utilizando como metodologia testes mutagênicos com Allium cepa L, investigando o potencial citotóxico e genotóxico de possíveis contaminantes presentes neste recurso hídrico. As coletas foram realizadas nos meses de abril, maio e julho de 2021, totalizando três coletas, sendo seis pontos de coleta (montante, jusante, nascente, poços do tipo cacimba 1 e 2 e poço artesiano comunitário). Analisou-se o índice mitótico (IM) e a presença de aberrações cromossômicas (AC) nas raízes meristemáticas de Allium cepa. Em decorrências dessas alterações, estas sugerem a ocorrência de um potencial citotóxico e genotóxico nas amostras de água. Os resultados dessa pesquisa demostraram algumas alterações relevantes entre os pontos de águas superficiais e subterrâneas e entre os tempos de exposição (T1-24h e T2-48h) em relação ao CO- (Controle negativo). Estes resultados podem ser justificados pelo descarte inadequado de resíduos de origem doméstica e consequentemente com uma possível presença de metais pesados e o uso e ocupação do solo também interferem na qualidade da água, pois esse exerce uma forte influência no escoamento superficial contribuindo assim para o carreamento de contaminantes para o manancial. Assim os resultados do presente estudo destacam a importância da utilização de organismos vegetais para realizar testes mutagênicos com o objetivo de avaliar a qualidade ambiental e indicar a necessidade de propostas de retirada do material e tratamento de resíduos para que dessa forma se possa garantir uma boa qualidade da água e uma proteção ativa do meio ambiente e da biodiversidade.
Projeto e Desenvolvimento de um Concentrador Solar Tipo Calha Parabólica de Baixo Custo Auxiliado por Sistema de Rastreamento Solar
(2022) Fiamonzini, Luciano Ari; Orientador
A energia solar é considerada uma fonte de energia renovável, encontrada de forma abundante na natureza, e se apresenta como uma opção de grande interesse na geração de energia, reduzindo as emissões de carbono (CO2), e ao mesmo tempo, participando da segurança energética, sendo este um dos maiores desafios tecnológicos do século XXI. No que respeita às tecnologias de sistemas de concentração solar, conhecidas internacionalmente como CSP (Concentrated Solar Power – Energia Solar Térmica Concentrada), estas são encontradas tanto no meio industrial como científico. Sendo o coletor solar de calha parabólica (CSCP), a mais estuda e conhecida internacionalmente, possuindo diversas aplicações, tais como: geração de energia elétrica, dessalinização, geração de vapor, sistemas de refrigeração, dentre outras. No entanto, é notório o aumento na pesquisa e no desenvolvimento (P&D) de novos materiais, geometrias do tubo absorvedor, sistemas de rastreamento solar (Solar Tracking) e utilização de novos fluidos de trabalho (óleos térmicos, nanofluidos) que têm o intuito de melhorar, o desempenho dos CSCP. Desta forma, o presente trabalho trata sobre o desenvolvimento de um protótipo CSCP de baixo custo para fins didáticos e de pesquisa. O CSCP foi construído com um ângulo de borda de 120°, área de abertura de 2,2 m² e tubo absorvedor de cobre de 42mm de diâmetro externo sem envelope de vidro. A estrutura da calha é composta de chapas de madeira cortadas no formato parabólico, onde é apoiado uma chapa de aço galvanizado revestida com um filme refletivo solarium. O sistema de rastreamento solar é do tipo ativo de dois eixos, para isto, utiliza-se sensores foto resistivos para a determinação da posição solar e de atuadores elétricos para a correção do posicionamento da calha. Por outro lado, o sistema de monitoramento foi desenvolvido por meio de um painel interativo para a visualização; dos parâmetros de funcionamento dos elementos sensores, termopares que medem a temperatura de entrada e saída no tubo absorvedor, e sensor de fluxo, para a medição da vazão do fluido de transporte de calor. Cabe ressaltar, que os ensaios laboratoriais foram realizados com agua deionizada. Com respeito aos limites de operação, foram estabelecidas duas condições de ensaios. O primeiro buscou avaliar a eficiência do coletor para diferentes temperaturas, assim, a temperatura de entrada foi variada, na faixa de 30 a 70 °C, apresentando uma vazão fixa de 0,020Kg/s. No segundo caso buscou-se avaliar a eficiência do coletor para diferentes vazões, para isto, o coletor foi submetido a vazões mássicas de 0,002 à 0,030 Kg/s. Assim, o coletor proposto obteve um rendimento em função da temperatura representada pela expressão η=0,332-1,867 c', onde c' é um parâmetro que relaciona a temperatura de entrada à temperatura ambiente em função da radiação solar disponível. Para a eficiência em função da vazão, obteve o melhor rendimento quando o regime do escoamento se tornava turbulento. Pode-se concluir que o coletor solar proposto obteve um rendimento menor quando comparado a outros coletores da literatura, este fato pode ser assumido pelas perdas associadas à difusidade do refletor da calha parabólica e perdas térmicas por convecção no tubo absorvedor (eficiência ótica, fator de remoção e coeficiente de perda térmica).
Análise do Potencial de Produção de Biogás a partir dos Resíduos de Tilápia na Região de Foz Do Iguaçu - PR
(2022) Viveros Rodas, Denis Porfirio; Orientador
A contaminação dos corpos hídricos é um dos maiores problemas ambientais no Brasil e no mundo, e grande parte dessa contaminação tem origem da indústria alimentícia. No Paraná, maior produtor de peixes de cultivo do país, este problema está ligado também aos resíduos de abate da indústria do pescado. Nesse contexto e com o intuito de fomentar um destino correto a parte dos resíduos da aquicultura, este trabalho avalia o potencial de geração de biogás a partir de resíduos da aquicultura familiar na cidade de Foz do Iguaçu. Para isto foi realizada a caracterização da biomassa conformada por resíduos de abate de tilápia, e a determinação de seu potencial metanogênico. Foi realizada uma síntese de processos envolvidos, através do método de árvore de estados baseados em regras heurísticas para a determinação da estratégia mais adequada para concretizar a aplicação da geração de biogás na empresa de aquicultura familiar. Esta síntese de processos considera para sua formulação, o contexto da empresa para o estudo de caso, a literatura, o baixo custo e os resultados obtidos nos ensaios laboratoriais da biomassa. As amostras para biodigestão anaeróbia foram separadas em vísceras in natura (VIS) e carcaça (CAR) de tilápia, uma mistura de vísceras e carcaça (MIX), e uma fração de vísceras sem óleo (VSO) a fim de verificar o efeito dos lipídios no potencial de produção de biogás deste resíduo. Foram obtidos uma produção de metano de 864 e 683 LNCH4.kgSV-1 para as frações VIS e VSO respectivamente, e 605 e 553 LNCH4.kgSV-1 para as frações CAR e MIX respectivamente. Conclui-se a partir disto a viabilidade de geração de biogás a partir deste tipo de resíduos de tilápia, e verifica-se um maior rendimento da fração de vísceras desse pescado in natura, mesmo o óleo sendo um inibidor na fase inicial do processo de biodigestão, a produção acumulada de biogás é maior para tempos de retenção hidráulica maiores.
Reaproveitamento Energético de Bebidas Apreendidas pela Receita Federal Brasileira
(2022) Espejo, Shirley Carla Chamby; Furtado, Andreia Cristina; Gonçalves, Caroline
A região da Tríplice Fronteira é marcada por conflitos, especialmente o contrabando, desvio de mercadorias e veículos roubados, se consolidando como uma das rotas mais importantes do tráfico internacional de drogas, armas e pessoas. A fim de minimizar os impactos socioeconômicos, os itens apreendidos pela Receita Federal do Brasil (RFB) são leiloados, doados a Organizações da Sociedade Civil, incorporados a órgão públicos ou, em último caso, destruídos. As bebidas alcoólicas apreendidas, por exemplo, não são apropriadas para consumo humano e, consequentemente, são descartadas nas redes de esgoto. Com intuito de reduzir os impactos socioeconômicos e ambientais resultantes disto, é proposta, através deste projeto, a recuperação e posterior valorização do conteúdo alcoólico do material apreendido. As bebidas doadas pela RFB foram destiladas em planta piloto com coluna experimental da CBBprocessos, localizada no laboratório de biocombustível da UNILA. Para otimização do processo de destilação, foi realizado um monitoramento do comportamento da planta piloto envolvendo diferentes parâmetros: a quantidade e graduação alcoólica dos destilados, temperatura do condensador e tempo de destilação. A variação na vazão foi necessária para atingir níveis ideais de eficiência, teor alcoólico e tempo de produção. A vazão de 62,5 L/h foi escolhida para garantir o melhor desempenho da planta de bioetanol. Esta vazão permite que a planta tenha uma eficiência de 62%, 91,0°GL (grau alcoólico) e sua produção seja em 100 minutos. A fim de se verificar a viabilidade de utilização do álcool recuperado como combustível veicular, o material foi caracterizado segundo as normas indicadas pela Agência Nacional de Petróleo (ANP), em relação a pH, teor alcoólico, condutividade, massa específica, teor de hidrocarbonetos, cobre, ferro, sódio e resíduo de evaporação para etanol combustível.
Efeito da Polinização Sobre a Composição do Café Arábica (Coffea arabica L.) Cru: Composição Centesimal, Compostos Bioativos e Atividade Antioxidante
(2022) Canzi, Francisco Antonio; Toci, Aline Theodoro; Coldebella, Priscila Ferri; Boroski, Marcela
A importância da polinização biótica é reconhecida em diversas culturas, entre elas destaca-se o café. Nesse sentido, o objetivo deste estudo foi verificar a influência da polinização biótica na composição química do café (Coffea arabica L.) cultivado nas cidades de Araguari e Monte Carmelo, localizadas no sul do estado de Minas Gerais. Foram analisadas 20 amostras, sendo 10 com polinização (P) realizado por abelhas e outros polinizadores e 10 sem polinização (NP) (somente autopolinização e pelo vento). Foram avaliados os compostos bioativos, a capacidade antioxidante e a composição centesimal dos grãos de cafés crus. Os resultados revelaram a distinção química entre as amostras P e NP. Na composição centesimal, as amostras NP foram superiores referente a umidade, lipídios, carboidratos totais e proteínas. Os teores de cafeína e trigonelina variam de 0,85 a 1,16 g 100 g-1 e 0,76 a 0,96 g 100 g-1, respectivamente, sendo ambos superior nos grãos P (p-valor≤0,05). Os grãos de cafés provenientes das amostras P apresentaram um teor médio de ácidos clorogênicos (ACG) totais significativamente superior, 4,96 g 100 g-1, às amostras NP, 4,66 g 100 g-1 (p-valor≤ 0,05), equivalendo a um incremento de 6,05 %. O teor de compostos fenólicos totais foi superior em NP e a capacidade antioxidante frente ao radical 1,1-difenil-2-picril-hidrazil (DPPH•) e o potencial de redução foram superiores em P conforme o teste Tukey. Na análise do PCA, os parâmetros que influenciam em P são cafeína, trigonelina, 3-CQA, 4-CQA, 5-CQA, 5-FQA, e redução para ambas as cidades, enquanto que em NP são umidade, carboidratos, proteínas, 3,4-diCQA, 4,5-diCQA, fenólicos, e resultados de DPPH• para ambas as cidades. Com relação a composição centesimal, as amostras em NP apresentaram os maiores teores na umidade, proteínas e carboidratos, com exceção dos lipídeos que ficou superior em P na cidade de Monte Carmelo. A abordagem quimiométrica empregando-se a Análise de Componentes Principais (PCA) foi realizada para avaliar as diferenças entre amostras na mesma cidade, submetidas ao procedimento em P e NP, e entre as duas cidades, Araguari e Monte Carmelo. Para Araguari, a distinção das amostras no PC6 (7,24% da variância explicada), enquanto para Monte Carmelo, uma tendência de separação mostrada no PC5 (9,01% da variância explicada). Observou-se que as amostras em P estão separadas no lado negativo do PC, e as amostras em NP estão no positivo. Os resultados evidenciam que a polinização realizada por abelhas em plantas de café (Coffea arabica L.) torna os grãos com maior concentração dos compostos bioativos, e considerando que também são precursores de compostos voláteis no café, isto afeta diretamente a qualidade dos grãos. Os serviços de polinização realizado pelas abelhas e outros polinizadores são os principais mecanismos para a manutenção da vida do planeta, sendo que as plantas dependem delas para se reproduzirem através do transporte de pólen que é um processo altamente sustentável.
Desenvolvimento de Eletrodos à Base de Fe2O3 e Grafeno para Aplicação em Supercapacitores
(2022) Castro, Ana Paula Gomes da Silva; Orientador
A sociedade atual demanda, em função de novas tecnologias e também para um desenvolvimento sustentável, por novas fontes de energia com mais eficiência e flexibilidade de uso. Dentre as novas fontes tem-se os sistemas de armazenamento conhecidos como supercapacitores, no qual possuem a vantagem de carregamento e descarregamento de carga elétrica na ordem de poucos segundos, capacidade de fornecer altas densidades de energia e possui um longo ciclo de vida útil. Contudo, os materiais utilizados em supercapacitores possuem, em geral, um elevado custo e/ou pouca estabilidade de operação. Assim, novos eletrodos são estudados para aplicação em supercapacitores, uma vez que se busca materiais com menor custo, com maior estabilidade e com maiores capacitâncias. Neste trabalho, filmes à base de -Fe2O3 foram preparados e analisados com o objetivo de sua aplicação em supercapacitores. Pós de -Fe2O3, como precursores para os filmes nanoestruturados, foram preparados em moinho de alta energia, por 45 horas, a partir do precursor de FeO(OH). Os filmes preparados a partir dos pós de -Fe2O3 foram depositados por espalhamento mecânico sobre substratos condutores transparentes e para os filmes compósitos foi preparado o grafeno por esfoliação líquida. Todos os filmes foram tratados termicamente à 500 °C/30 min. O grafeno foi preparado por esfoliação líquida por meio de amostra comercial, suspenso em álcool isopropílico. Os materiais foram caracterizados em difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e por voltametria cíclica. O resultado de difração de raios X mostra que o material (pó) resultante da moagem apresentam duas fases (-Fe2O3 e FeO(OH)) e para os filmes, observou-se somente as fases de -Fe2O3 e óxido de grafeno após o tratamento térmico. Pode se observar através da microscopia eletrônica de varredura que os filmes de - Fe2O3 e -Fe2O3: “grafeno” apresentam características similares, apresentando partículas de <1µm à 20 µm com espessura estimada à 200 nm. As medidas de voltametria cíclica dos filmes a base de -Fe2O3 e -Fe2O3: “grafeno” foram realizadas em uma solução eletrolítica de Na2SO4 (1 mol L-1 ), em uma configuração de três eletrodos com uma janela de potencial de 0 à -1,0 V, e velocidade de varredura de 10 à 150 mV s-1 . Os resultados apresentaram capacitâncias de 22,7 Fg−1 , para os filmes de óxidos de ferro -Fe2O3 puro, e para os filmes de -Fe2O3 composto com grafeno na quantidade de 4 e 8 µL alcançaram capacitâncias melhores entre 29,9 – 33,2 Fg−1 , respectivamente, dependendo da velocidade de varredura. Ao que tudo indica é possível que esta melhora dos filmes esteja relacionada ao compósito dos filmes entre as partículas de -Fe2O3 e o “grafeno”. Os resultados mostraram-se significativos para futuras aplicações em supercapacitores.
Cenários para Produção de Biometano a partir de Resíduos do Setor Sucroenergético Paranaense
(2022) Penteado, Maurício Cabral; Orientador
O setor sucroalcooleiro é uma das principais atividades econômicas do Brasil e se destaca pela alta disponibilidade de biomassa para aproveitamento energético. Neste sentido, o presente estudo buscou avaliar a viabilidade econômica da produção de biometano a partir dos substratos orgânicos deste setor, de modo específico para o estado do Paraná. Foram consideradas as características médias do setor sucroenergético paranaense para estimar a geração de resíduos (vinhaça e torta de filtro) e o respectivo potencial de produção de biometano de uma usina teórica, ou seja, uma usina virtualmente configurada com os parâmetros médios deste estado, e o método de fluxo de caixa descontado foi utilizado para avaliar financeiramente os resultados obtidos. Durante a análise de viabilidade, dois cenários foram avaliados, o cenário “A” considerou o autoconsumo de biometano na logística agrícola da usina e comercialização do volume excedente, enquanto que, o cenário B analisou apenas a comercialização do biometano. Os resultados obtidos indicam que, para representar as características médias do estado, a usina teórica deve ser anexa (produção de etanol e açúcar), com capacidade para processar 10.719 toneladas de cana por dia. O potencial de produção de biogás estimado para uma usina deste porte é de 66.526 m³.dia-1 de biogás na safra 13.021 m³.dia -1 na entressafra, o teor de metano estimado para o biogás foi de 57,67%. Os indicadores econômicos obtidos no presente estudo apresentam bom desempenho para ambos os cenários: o Cenário “A” possui Taxa Interna de Retorno (TIR) de 17,8%, payback de 10,6 anos e Valor Presente Líquido (VPL) de aproximadamente 82 milhões de reais, enquanto que, o Cenário “B” conta com uma TIR igual a 10,71%, 18 anos e 4 meses de payback descontado e VPL de 10,6 milhões de reais. Desta forma, foi possível verificar que é viável produzir biometano em uma usina com as características médias do setor sucroenergético paranaense, seja para o autoconsumo e comercialização ou somente comercialização do biocombustível. Além disso, verificou-se que a estratégia que apresenta melhor desempenho financeiro é a que considera o autoconsumo do biometano em uma frota completamente convertida para a tecnologia “diesel-gás” e explora a monetização do biometano excedente a partir da comercialização com clientes externos.
Desempenho Térmico de Materiais Sustentáveis para Telhados de Acordo com as Condições de Irradiância Solar da Tríplice Fronteira Brasil-Paraguai-Argentina
(2022) Navarro, Jhon Steven; Orientador
Materiais que apresentam baixa absortância e alta emissividade são conhecidos como materiais refletivos ou frios. Esse tipo de materiais, quando usados como revestimento ou como telhados em construções, permitem a redução de temperaturas superficiais nos edifícios, minimizando a necessidade de energia para refrigeração e conforto térmico de ambientes e contribuindo com a sustentabilidade cada vez mais procurada em projetos de engenharia e arquitetura no mundo inteiro. Esta pesquisa de caráter experimental e computacional avaliou o desempenho térmico de quatro tipos de materiais para telhas: Telha de Fibrocimento sem Amianto; Telha de Fibrocimento sem Amianto com Revestimento de Tinta Branca (Cal); Telha Ecológica Tetra Pak e Telha Ecológica de Fibra Vegetal. Isto, mediante medições de temperatura superficiais por técnicas de termografia infravermelha usando a norma internacional ASTM E-1980, medições de temperatura superficial em regime transiente durante os períodos de maior radiação solar no verão e, através de uma simulação computacional no Software Ansys CFD para validar os perfis de temperatura e fluxo de calor da Telha de Fibra de Vegetal. A pesquisa se realizou levando em consideração as condições de radiação solar da cidade de Foz do Iguaçu, na Tríplice Fronteira Brasil-Paraguai-Argentina. Uma vez analisados e comparados os resultados de atraso térmico e fator decremental dos materiais, foi possível determinar que a Telha de Fibra Vegetal possui um atraso térmico 73,02% maior do que a Telha Convencional de Fibrocimento e 52.82% maior do que a Telha de Tetra Pak, o que sugere que a Telha Ecológica de Fibra Vegetal contribui de melhor forma ao conforto térmico de ambientes em relação aos outros tipos de materiais analisados. Também foi possível corroborar que o revestimento com tinta branca (Cal) reduz o fator decremental da telha de fibrocimento em 69.56%, uma vez que aumenta a refletância e a emissividade do material.
Análise de Rotas Tecnológicas para o Aproveitamento Energético de Resíduos gerados na Indústria Cervejeira
(2022) Céspedes Villalba, Fernando David; Orientador
A indústria cervejeira caracteriza-se por utilizar uma quantidade significativa de recursos naturais e gerar resíduos principalmente do tipo orgânico, sendo o bagaço de malte responsável por até 85% de todos os resíduos gerados. O objetivo deste trabalho é analisar duas mudanças tecnológicas para o aproveitamento energético do bagaço de malte, visando substituir o uso de combustíveis convencionais para os processos industriais. Foi realizado um estudo de caso em uma indústria chamada Cervejaria Paraná com capacidade de produção de cerveja de até 410.000 Hl/mês e uma produção média total de resíduos de 6.258,9 toneladas/mês, duas das quais uma geração de bagaço de malte representa em média 67% do total resíduos gerados mensalmente. As tecnologias abordadas para o estudo do uso de energia são a gaseificação e a biodigestão anaeróbia, com o objetivo de produzir biocombustíveis gasosos, gás de síntese ou biogás, para geração de calor e produção de vapor necessário no processo cervejeiro. A partir da análise técnica, apurou-se que há um aumento potencial na tarifa de energia comprada de 58,40% ao ano, com base na utilização de 50,41% do total de bagaço gerado para uso de energia via ciclo do gás e 20,92% para uma rota de biodigestão anaeróbica. As análises técnicas de ambas as propostas foram realizadas utilizando a metodologia de Engenharia de Processos, sintetizando o projeto realizado pelo método heurístico para gerar os fluxogramas base para cada tecnologia. A partir das propostas tecnológicas para cada sistema, foi realizada uma análise econômica, obtendo como resultado indicadores econômicos com uma discreta diferença entre as duas propostas, porém, considerando a menor necessidade de investimento (949,41 USD), as vantagens de lucro com uma TIR de 58,63 e IL de 297, e retorno do investimento (2,1 anos) concluiu-se que a tecnologia da gaseificação é mais atrativa.
Estudo de um Coletor Solar de Cilindro Parabólico para Aplicações em Refrigeração por Absorção utilizando Técnicas de Dinâmica dos Fluidos Computacional
(2022) Gomez, Alvaro German Leiva; Orientador
A tecnologia de concentração solar vem se consolidando como uma das alternativas mais promissoras para o aproveitamento da energia solar, no entanto, sua implementação no Brasil ainda é incipiente. Nesta pesquisa, o coletor solar do tipo Concentrador Solar Parabólico (PTC) foi estudado mediante a ferramenta de simulação computacional ®Ansys CFD, para representar a física e os mecanismos de transferência de calor envolvidos na sua operação. O modelo CFD foi validado com resultados experimentais da Solar Electric Generating System (SEGS LS-2), e comparado com resultados numéricos disponíveis na literatura. Para complementar a análise térmica do coletor solar, foi realizado um estudo de caso de um protótipo experimental de pequeno porte (EPP), seguindo a mesma metodologia empregada na simulação do LS-2, os resultados obtidos na análise CFD foram maiores em 1,93% a temperatura de saída e em 8,35% a eficiência térmica. Para melhorar o desempenho do modelo EPP, foi avaliada a inclusão de um tubo de vidro de diâmetros diferentes ao redor do tubo absorvedor para gerar um espaço de vácuo, mantendo o diâmetro do tubo absorvedor constante. Foi observado que quanto maior o espaço de vácuo, mais reduzidas eram perdas de calor, além de serem observadas maiores temperaturas de saída e eficiência térmica no PTC. Também foi modelado, mediante o software EES, um ciclo de refrigeração por absorção de efeito simples com COP de 0,7, no qual as diferenças relativas com o modelo de validação não ultrapassaram o 1%. De acordo com os resultados obtidos, o sistema consegue retirar do ambiente calor equivalente a um ar-condicionado comercial de 36000 BTU. Posteriormente, foram levantados dados climáticos das cinco regiões do Brasil, para as quais projetou-se campos solares conformados pelo EPP sem tubo de vácuo e o EPP com tubo de vácuo, para alimentar o ciclo de refrigeração modelado. A eficiência global do campo solar com o EPP experimental foi de 31,65%, enquanto a eficiência global do campo solar com EPPs com tubo de vidro foi de 45,27%.
Avaliação da Formação de Hidróxido de Níquel para a Recuperação de Baterias Secundárias
(2022) Orth, Jaqueline Tomasini; Orientador
A geração de energia sustentável aumenta a cada ano, e consequentemente, torna-se necessário o armazenamento dessa energia para ser utilizada posteriormente. Neste sentido, as baterias secundárias que convertem energias envolvidas nos processos químicos em energia elétrica surgem como uma opção viável para o armazenamento de energia. Dentre as baterias secundárias, as baterias de Ni-Cd, Ni-Zn e baterias de Ni-MH, utilizam o níquel como material catódico, e despertam uma grande preocupação em relação à recuperação deste metal. Nesse contexto, o presente estudo tem como objetivo a investigação eletroquímica sobre a formação das diversas fases de níquel presentes nesses sistemas, ou seja, α/β – hidróxido de níquel, verificando a sua estabilidade e eficiência, para que seja possível reaproveitar as baterias descartadas. Para este estudo, o níquel foi preparado a partir da redução do cloreto de níquel com uma solução de borohidreto de sódio e pó de níquel comercial foram usados para comparação com o níquel retirado de baterias descarregadas que foram descartadas. As amostras sintetizadas foram caracterizadas por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier e os estudos eletroquímicos pela técnica de voltametria cíclica e cronoamperometria. Os resultados de caracterização física mostraram a formação de partículas com estrutura cristalina de níquel metálico e a investigação eletroquímica evidenciou a formação de diferentes espécies de níquel na região de potencial de oxidação a 0,45 V. Após os estudos iniciais, foi adicionado carbono ao níquel, este material foi aplicado para a reação de oxidação de metanol. Com estas avaliações será possível entender melhor o comportamento do níquel e de suas fases, e com a aplicação do níquel para a reação de oxidação de metanol que poderá ser considerado início de novos estudos como uma opção para reaproveitamento do níquel.

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