IES - Dissertação

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Desenvolvimento de eletrocatalisadores de rutênio depositado sobre nanopartículas de níquel para a reação de desprendimento de hidrogênio em eletrólito alcalino.
(2024) Soares, Julia Safranski
Com a crescente demanda por recurso energético ocasionada pelo aumento populacional e a problemática ambiental causada pela emissão de poluentes gasosos, torna-se fundamental o desenvolvimento de novas formas de geração de energia limpa e sustentável. O hidrogênio é considerado um vetor energético alternativo aos combustíveis fósseis, por possuir alta densidade de energia e por ser produzido por processos sustentáveis. Apesar das vantagens apresentadas para a produção de gás hidrogênio via eletrólise da água, são necessários aprimoramentos para a sua viabilidade em larga escala, principalmente no que tange aos materiais utilizados nos eletrolisadores. Mais especificadamente, os eletrocatalisadores utilizados na reação de desprendimento de hidrogênio (RDH) requerem materiais com maior atividade catalítica, ou seja, menor sobrepotencial para o início de reação, para otimizar a eficiência energética. Os eletrocatalisadores mais ativos em eletrólito alcalino para a RDH são a base de níquel, devido à sua abundância, estabilidade em meio reacional e atividade catalítica para aplicação prática. No entanto, o sobrepotencial para a RDH ainda necessita ser otimizado. No presente trabalho, investiga-se a atividade eletrocatalítica de rutênio depositado sobre nanopartículas de níquel como eletrocatalisador para a reação de desprendimento de hidrogênio em eletrólito alcalino. Para tal, o rutênio foi depositado sobre as nanopartículas sintetizadas de níquel nas percentagens mássicas de 0,5%, 1%, 2,5% e 5% (Rux@Ni, x = 0,5; 1; 2,5 e 5). O método de síntese consistiu no uso de agente redutor (borohidreto de sódio) na presença de estabilizante (ácido cítrico) em solução aquosa. Em particular, as nanopartículas de níquel previamente sintetizadas foram termicamente tratadas sob atmosfera redutora (3% H2/Ar, na temperatura de 400 ºC), para a posterior deposição superficial dos átomos de rutênio. Os resultados de caracterização física apontaram que o método de síntese empregado é eficaz para a produção dos diferentes materiais. Já os resultados eletroquímicos revelaram que os eletrocatalisadores de Rux@Ni (x = 0,5; 1; 2,5 e 5) possuem atividade catalítica frente a RDH influenciada pela quantidade de Ru depositada na superfície das partículas de Ni. Por fim, o menor valor de sobrepotencial foi obtido para o material Ru1@Ni, quando comparado com os demais eletrocatalisadores sintetizados, o que mostra que a atividade catalítica da RDH pode ser otimizada.
Incineração como rota tecnológica para aproveitamento energético dos resíduos sólidos gerados no município de Foz do Iguaçu, Estado do Paraná.
(2024) Agüero Dominguez, Cristhian Rolando
A gestão e tratamento de resíduos sólidos representa um grande desafio para as gestões municipais no Brasil. Existe uma tendência de crescimento gradual no volume de geração per capita nos próximos anos, devido a um acelerado aumento da produção industrial, urbanização e crescimento demográfico. O objetivo dessa pesquisa foi avaliar o a proposta da incineração como rota tecnológica para tratamento de resíduos sólidos e o potencial de aproveitamento energético associado a este processo. Para tanto, a metodologia se baseou no levantamento de informações técnicas e dados referentes ao panorama histórico e atual da gestão dos resíduos no Brasil e a nível municipal, caracterizando o volume gerado durante o período de 2014 a 2022, os quais foram obtidos a partir de documentos emitidos por órgãos oficiais do Estado e empresas particulares responsáveis pela limpeza urbana. Uma estimativa de geração futura foi realizada, verificando o crescimento gradual para os próximos anos. O Poder calorífico inferior médio foi calculado com base em aproximações das frações que compõem o resíduo sólido do município e a média nacional, resultando num valor de 2.179 kcal/kg. A partir disto, foi realizado o dimensionamento de uma usina de geração de energia baseado no método Waste-to- energy pelo processo de incineração, definindo uma operação de 4320 horas anuais da planta, resultando numa potência elétrica mensal disponibilizada na rede de 2.419.200 kWh, capaz de suprir a demanda de energia elétrica de aproximadamente 14.521 residências no município de Foz do Iguaçu. Os parâmetros de viabilidade socioambiental mostraram uma receita equivalente a R$ 2,77 milhões anuais, assim como um valor de investimento inicial aproximado de R$ 45 milhões para a instalação da planta de incineração, que conforme a análise econômica, terá uma Taxa Interna de Retorno igual a 32% e tempo de recuperação de investimento de 4 anos e 2 meses, tornando a proposta favorável.
Reuso da água, recuperação de calor residual e cogeração com termogeradores em destiladores Pilsen.
(2024) Ferreira, Wagner
O homem, ao longo de sua história, sempre demandou uma elevada necessidade por fontes energéticas, o que o levou a uma era onde há a intensa exploração de recursos naturais, hídricos e o uso de combustíveis fósseis em larga escala. Atualmente com aproximadamente 80 % da demanda energética mundial sendo suprida por esses combustíveis, surgiu um intenso debate sobre a utilização dos mesmos e as restrições de sustentabilidade dos atuais padrões de uso destes a longo prazo. Esses questionamentos têm levado a busca por novas alternativas energéticas, mais eficientes e sustentáveis. Uma das alternativas que tem sido amplamente explorada é a recuperação de calor residual. Com uma estimativa de que se desperdiça entre 20% e 50% de energia térmica na indústria, desenvolveram-se métodos para recuperar e reutilizar a mesma. Um desses métodos é a cogeração de eletricidade com o uso de termogeradores (TEG), que quando são alimentados com calor utilizam o efeito Seebeck para gerar eletricidade. Os pontos mais relevantes no uso desse método é a geração de eletricidade sem a presença de peças mecânicas móveis, não produzirem subprodutos nocivos ao meio ambiente durante seu funcionamento, terem vida útil longa e funcionarem em uma faixa de temperatura ampla. O objetivo desse trabalho é o desenvolvimento e estudo de um sistema para reuso da água, recuperação da energia térmica residual e cogeração de eletricidade com TEG em destiladores de água tipo Pilsen. Foi construído um sistema para recircular a água no destilador Pilsen e recuperar a energia térmica residual presente na mesma. Determinou-se o ponto de vazão ideal do destilador, a qualidade da água que entra e circula no sistema e implementou-se os tratamentos necessários para que esta atenda aos requisitos estabelecidos pela portaria nº 888/21 do Ministério da Saúde (MS), que trata dos padrões de potabilidade da água. Foi analisado o potencial de cogeração de energia elétrica a partir da energia térmica residual presente no efluente, além de determinar as características do dispositivo de troca de calor entre a água e o módulo termoelétrico. Foram avaliadas as características do módulo termoelétrico, o comportamento do sistema bem como sua eficiência na recuperação e geração de energia elétrica. Também realizou-se um estudo dos aspectos de viabilidade econômica da aplicação do sistema. Os resultados demonstraram que a energia térmica residual recuperada ficou em uma taxa próxima ao da literatura consultada, ou seja, obteve-se uma taxa de recuperação de energia térmica residual de 60%. Quanto ao reuso dos recursos hídricos do sistema, verificou-se que é possível reutilizar 100% dos mesmos. Já o rendimento das pastilhas Seebeck ficaram em 6,5%, muito abaixo da faixa de rendimento de 11% a 14%, como esperada. Porém, mesmo com o baixo rendimento na conversão de energia térmica em energia elétrica, o estudo de viabilidade econômica demonstrou que a implantação do sistema proposto de reuso de água e cogeração de eletricidade é viável. Portanto, o sistema desenvolvido pode ser replicado, possibilitando que usuários do sistema de destilação de água tipo Pilsen economizem recursos hídricos e cogerem eletricidade com a energia térmica residual presente no efluente.
Dimensionamento de um sistema para fornecimento de energia elétrica e água de qualidade para o atendimento a comunidades isoladas na Amazônia (kit Amazônia).
(2023) Torres, Norah Nadia Sánchez; Junior, Oswaldo Hideo Ando; Junior, Oswaldo Hideo Ando
A desigualdade e a falta de serviços básicos são problemáticas que afetam algumas regiões da Amazônia. Entre esses serviços, a energia elétrica e a água são consideradas essenciais para a qualidade de vida, mas ainda são muito escassos. Em alguns casos, a ausência desses serviços básicos traz consigo problemas que afetam a saúde, o bem-estar e o desenvolvimento do ser humano. Neste contexto, este projeto propõe desenvolver o estudo do dimensionamento de um sistema, que seja modular e expansível, para geração de energia elétrica com armazenamento de energia off grid e para bombeamento solar flutuante para atendimento de residências unifamiliares de ribeirinhos em comunidades isoladas na Amazônia. O método do trabalho inicia com o levantamento de dados da média dos índices de irradiação mínimos e máximos das cidades no Amazonas, seguido pela estimativa de crescimento populacional, a estimativa de consumo de energia e a estimativa de consumo de água, considerando o número de pessoas por residências. É apresentado o projeto conceitual realizado para iniciar o dimensionamento dos sistemas. Para o sistema fotovoltaico isolado, são utilizadas as bases do portal da CRESESB para o dimensionamento; e para o sistema de bombeamento solar flutuante é realizado o dimensionamento e seleção do flutuador. Para a validação e otimização dos sistemas são utilizados os softwares System Advisor Model (SAM) e HOMER PRO, seguidos pela elaboração dos diagramas unifilares e 3D. Assim, obtemos como resultados o projeto de um sistema capaz de abastecer as necessidades das residências unifamiliares, com um excedente para dias com falta de sol ou para manutenção, o qual é armazenado em um banco de 4 baterias de lítio, proporcionando uma autonomia em torno de 16 horas por bateria. Para o sistema de bombeamento, é selecionado um flutuador de material de PVC e são analisados três cenários, considerando a altura e vazão proporcionadas pelo fabricante; os cenários são simulados variando a distância linear do reservatório em relação ao local de captação de água e a variação do diâmetro das tubulações. Concluindo, em um Kit Amazônia modular e expansível, capaz de adaptar-se às necessidades da comunidade e com fácil manutenção dos sistemas. Os sistemas trabalham com tecnologias renováveis para atender os serviços de água e energia elétrica, o qual preenche uma lacuna significativa na literatura encontrada na pesquisa, ao oferecer uma solução limpa, sustentável e acessível para melhorar a qualidade de vida, reduzir a dependência de fonte de energias não renováveis.
Filmes à base de BiVO4 E Fe2O3 para produção de hidrogênio
(2023) Martins, Icoana Laís Leitão Mascarenhas
A preocupação com à emissão de gases de efeito estufa se deve principalmente pelo fato do uso de combustíveis fósseis (petróleo, gás natural e carvão) para a conversão de energia. Dentre os mecanismos existentes para geração de energia, a luz solar tem atraído a atenção para o armazenamento ou produção de energia, por oferecer um caminho promissor para a redução de gases poluentes. A energia solar pode ser utilizada para a produção de hidrogênio via processo fotoeletroquímico que a partir da eletrólise decompõe a molécula de água em hidrogênio e oxigênio. Este sistema, têm o potencial de ser mais eficiente, por integrar os componentes de absorção da luz e decomposição da água em um único dispositivo. Desta forma, materiais semicondutores têm se tornado promissores para serem utilizados nas células fotoeletroquímicas, dentre os quais, o vanadato de bismuto (BiVO4) em fase cristalina monoclínica e o ferro na fase hematita (α-Fe2O3), tem se destacado por ter resposta sensível à luz, baixo custo de produção, estabilidade e disponibilidade na natureza. O objetivo desta pesquisa é obter e caracterizar filmes à base de BiVO4 (BV), α-Fe2O3 (F) e BiVO4/α-Fe2O3 (BVF) e analisar sua resposta fotoeletroquímica. Os materiais na forma de pó foram preparados pelos métodos da precipitação e hidrotermal. Os filmes BV, F e BVF foram depositados, via espalhamento mecânico dos pós, em um substrato condutor transparente e comercial. Os resultados da difração de raios X mostram que os pós: F e BV têm os difratogramas para a fase hematita e estrutura monoclínica, respectivamente. Já BVF ambas as fases (hematita e BiVO4) estão presentes. A morfologia é de aglomerados com diferentes tamanhos de partícula. As medidas fotoeletroquímicas dos filmes com janela de potencial de -0,55 a 0,85 V com velocidade de varredura de 50 mV.s-1 dos filmes, mostraram densidades de corrente de 3,43 e 15,17μA.cm-2 em 1,23 V vs.RHE para FTO/BV e FTO/BVF, respectivamente. A composição BiVO4/α-Fe2O3 apresentou resposta 5 vezes superior, quando comparado aos materiais isolados. Com base nos resultados obtidos, a resposta fotoeletroquímica dos filmes analisados FTO/BV e FTO/BVF se aproximam de valores encontrados na literatura para a produção de gás hidrogênio. Se espera que este trabalho possa contribuir na continuidade de pesquisas futuras para a produção de hidrogênio.
Práticas Sustentáveis na Condução de Veículos Motorizados
(2023) Rodrigues, Zoraide Martins Vieira
Este estudo aborda a importância de os condutores desenvolverem habilidades de conhecimento sobre mecânica dos seus automóveis e adquirirem hábitos reflexivos sobre o trânsito e a sustentabilidade necessária para manter os seus veículos seguros e econômicos. O objetivo geral da pesquisa é avaliar o consumo de combustível a partir das informações obtidas de questões que possam interferir no consumo do automóvel. Assim, espera-se desenvolver uma cartilha de informações úteis para a economia de combustível e que possam ser retornadas à sociedade. Esta pesquisa apresenta uma abordagem quantitativa e qualitativa de natureza descritiva e busca apresentar os recursos disponíveis para a economia de combustíveis em veículos automotores. A coleta de dados busca alcançar um número maior de pesquisados, sendo realizados os questionamentos via internet, por meio de questionário digital, com formulários digitais direcionados a 500 (quinhentos) condutores habilitados acessados por via internet, tendo obtido resposta de 284 condutores. Dentre esses, 39, 1% do gênero masculino e 60,9% do gênero feminino, caracterizando o perfil dos condutores, tipo de carro e combustível utilizado, ano de fabricação, consumo dos automóveis e frequência de revisão preventiva. Por meio de análise estatística os dados aferidos servem para justificar a base dos conhecimentos que contribuem na elaboração de uma cartilha informativa sobre a sustentabilidade e a economia de combustíveis em veículos automotores. A realização da análise estatística permitiu ao pesquisador empreender a realização de uma cartilha sobre a sustentabilidade automobilística a partir das informações de consumo e revisão, com o objetivo de propor uma educação para o consumo sustentável de combustíveis visando o bem-estar social, pois preservar o ambiente e seus recursos é uma responsabilidade de todos.
Produção de Biodiesel a partir de Óleo Residual da Indústria Alimentícia Pré-tratado com Cinzas de Caldeira
(2023) Gaio, Glenda Rodrigues de Sousa
Sabe-se que a produção mundial de biodiesel é feita majoritariamente por transesterificação metílica com catálise básica a partir de óleos vegetais de alta qualidade que competem com a alimentação humana e animal, assim existe uma tendência de crescimento da demanda de biodiesel de baixo custo e baixo impacto socioambiental. Nesse contexto, o uso do óleo residual de fritura oriundo de indústrias alimentícias (ORIA) como matéria-prima pode ser uma alternativa. Para ser utilizado na fabricação de biodiesel, o ORIA precisa ser purificado. Essa purificação pode se dar através de materiais adsorventes com caráter básico como as cinzas de caldeiras de biomassa (CCB). Ambos os materiais residuais (CCB e ORIA) se disposto incorretamente no ambiente podem causar desequilíbrio dos solos e poluição das águas. Para tanto, essa pesquisa se propôs a analisar a utilização de CCB de uma unidade de beneficiamento de aves do município de Matelândia/PR – Brasil para o tratamento do seu próprio ORIA, visando a produção de biodiesel. Foi realizada a homogeneização do ORIA, a preparação do CCB e o pré-tratamento do ORIA com CCB, em seguida foi feita a caracterização físico-química do CCB, do ORIA, e do ORIA/CCB obtido, avaliando o tratamento para a melhoria das características do óleo residual. Na caracterização do CCB obteve-se que a área superficial específica era 160,73 m².g-1, o volume de poros específico 0,023 cm³.g-1e o diâmetro médio de poros 3,41 nm. Quanto ao ORIA e ao ORIA/CCB foi obtido os seguintes valores médios, respectivamente: massa específica a 20 °C (MS) de 912,72 e 912,33 kg/m³; índice de acidez (IA) 3,65 e 3,09 mgKOH/g; índice de saponificação 96,37 e 97,58 mgKOH/g; índice de peroxido 20,10 e 19,32 mEq·kg-1; e viscosidade cinemática a 40 °C (VC) de 38,07 e 42,20 mm²/s. Posteriormente foi realizado a síntese do biodiesel, sua purificação e caracterização. Na caracterização do BioORIA e do BioORIA/CCB foi obtido os seguintes valores médios, respectivamente: S de 876,18 e 876,00 kg/m³; IA de 0,40 e 0,22 mgKOH/g; e VC e 5,23 e 4,85 mm²/s. A análise termogravimétrica e sua derivada nos óleos indicou a presença de moléculas grandes e algumas impurezas. Já para o biodiesel revelou a possível ocorrência da formação de compostos como peróxidos ou hidroperóxidos. E na cromatografia nas amostras de óleo e biodiesel foi revelada que ambas possuem quantidades de ácidos graxos compatíveis com óleo de soja, possivelmente hidrogenado e/ou parcialmente hidrogenado. Mais análises ainda podem ser feitas, mas com esses resultados é possível afirmar que esse processo tem potencial para reduzir o custo de produção do biodiesel, e minimizar os problemas ambientais associados ao descarte desses resíduos (ORIA e CCB).
Viabilidade Técnica e Econômica de uma Unidade Geradora de Energia Elétrica a partir do Biogás proveniente de Dejetos Suínos de Pequenos Produtores Rurais da Região do Oeste do Paraná: Produção Centralizada x Produção Descentralizada de Biogás
(2023) Melo, Camila Bonatto de
O rápido crescimento da sociedade moderna juntamente com o desenvolvimento econômico e agrícola tornaram o uso da energia indispensável. No entanto, sua geração é responsável por fortes impactos e danos ambientais, principalmente quando a energia é proveniente de combustíveis fósseis, logo, a busca por fontes renováveis de energia tem sido impulsionada. Uma alternativa encontrada para geração de energia com um reduzido impacto ambiental é o uso do biogás proveniente do manejo da biomassa residual gerada no sistema produtivo de suínos aliado aos sistemas de biodigestores. Contudo, a produção de biogás em pequenas propriedades rurais enfrenta desafios devido à falta de assistência técnica e à adoção de práticas adequadas. Para superar essas dificuldades, uma alternativa viável é a implementação de condomínios cooperativos de agroenergia. Nesse contexto, o presente trabalho tem como objetivo analisar, considerando três cenários, a viabilidade técnica e econômica de geração de energia elétrica utilizando o biogás produzido a partir de dejetos de suínos de cinco propriedades rurais localizadas na cidade de Medianeira – Paraná, com um plantel total de 9.250 suínos no ciclo de terminação e um consumo diário de 420 kWh/dia. No primeiro cenário foram utilizados todos os dejetos disponíveis nas propriedades, totalizando 56,43 m3 /dia, e com o auxílio de biodigestores cada granja produziu biogás em um total de 1.326,31 m3 /dia, este que foi transportado por meio de um bio-gasoduto até a central geradora de energia elétrica, gerando 2.483,51 kWh/dia. No segundo cenário, a totalidade de dejetos de cada granja foi transportada por meio de caminhão tanque até um único biodigestor, total de 46,82 m3 /dia considerando as perdas pela logística, e a partir disso foi feito o aproveitamento energético produzindo 1.241,39 m3 /dia de biogás e gerando 2.324,50 kWh/dia. No terceiro cenário, assim como no cenário anterior, os dejetos foram conduzidos por meio de caminhão tanque até um biodigestor central, porém neste caso foi utilizado apenas a quantidade necessária de cada propriedade para produzir o biogás requerente para geração de energia demandada pelas granjas. Assim, para gerar os 420 kWh/dia necessários para atender o consumo das granjas foi utilizado 20% do dejeto disponível de cada propriedade totalizando 11,29 m3 /dia, gerando 224,30 m3 /dia de biogás. O panorama que apresentou a maior viabilidade econômica para implantação foi o terceiro apresentando um VPL de R$ 289.691,30 um TIR de 32% e payback de 6 anos.
Desenvolvimento de Membranas Poliméricas a partir da Blenda de Nafion® e Quitosana para Aplicação em Células a Combustível
(2023) Jakubiu, Carina Bonavigo
A demanda por fontes de energia limpa aumentou nos últimos anos devido às crescentes preocupações com as mudanças climáticas e a necessidade de reduzir as emissões de gases de efeito estufa. O hidrogênio verde tem atraído investimentos significativos nos últimos anos devido ao seu potencial como fonte de energia limpa e sustentável. As Células a Combustível (CaCs) desempenham um papel crucial neste cenário, pois são dispositivos de uso final que convertem a energia armazenada no hidrogênio em eletricidade, garantindo que a energia gerada seja completamente limpa e livre de emissões, contribuindo para a descarbonização do setor de energia. Um dos principais componentes de CaCs com membrana de troca protônica (PEMFCs) é o eletrólito, sendo a membrana de Nafion® a mais utilizada comercialmente, um polímero derivado do petróleo e de alto custo. O biopolímero quitosana tem se tornado objeto de vários estudos nos últimos anos para esta aplicação principalmente em razão de suas boas propriedades estruturais e de formação de membranas, bem como à sua alta capacidade de retenção de água e baixo custo. Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivo preparar membranas a partir da blenda de Nafion® (N) e quitosana (QT) nas proporções de 3:1, 2:1, 1:1, 1:2 e 1:3. As membranas foram preparadas pelo método de conformação por evaporação de solvente. As propriedades físicas e estruturais das membranas N/QT foram investigadas usando espectrofotômetro de Infravermelho por Transformada de Fourier, microscópio eletrônico de varredura e analisador termogravimétrico. Além disso, a absorção de água, capacidade de troca iônica (IEC), condutividade protônica e desempenho eletroquímico de tais membranas também foram medidas. Misturas com maiores proporções de Nafion® frente a quitosana excedem o limite de miscibilidade entre eles, mesmo em maiores faixas de diluição, impossibilitando a formação de membranas. A capacidade de absorção de água das membranas N/QT foi aumentada com o aumento da proporção de QT. Em contrapartida, uma diminuição na capacidade de troca iônica foi observada com o aumento da concentração deste polímero. A condutividade das membranas analisadas demonstrou ser dependente da temperatura de operação da célula. As membranas N/QT 1:2 e 1:3 exibiram respectivamente condutividades de 3,8 e 4,0 x 10-2 S.cm-1. Apesar da condutividade apresentada pelas blendas serem expressivas em comparação com o encontrado em outros trabalhos, esses valores de condutividade ainda são baixos se comparados ao Nafion®.
Análise dos Indicadores de Materialidade de uma Cooperativa Central Agroindustrial a partir das Diretrizes da Global Reporting Initiative (GRI) e do Suplemento Setorial GRI 13
(2023) Klier, Débora Andréia Schimitz
Os Relatórios de Sustentabilidade (RS) são um instrumento a disposição das organizações para identificar os impactos da sua operação e, a partir deles, rever suas práticas e operar de forma mais sustentável e transparente. Entre os diversos tipos de frameworks existentes, o presente estudo utiliza as diretrizes da GRI para avaliar a materialidade dos relatórios da cooperativa Frimesa. O objetivo foi analisar quais são os tópicos materiais relatados por uma Cooperativa Central do setor Agroindustrial em seus RS e comparar se esses tópicos estão consoantes às diretrizes da GRI Standards 2021 e ao Suplemento Setorial GRI 13. Trata-se de uma pesquisa qualitativa, de caráter descritiva, com pesquisa documental e estudo de caso, cuja técnica utilizada na análise dos relatórios foi a análise de conteúdo. Os resultados demonstram que a qualidade das informações divulgadas varia entre os tópicos relatados. Os disclosures gerais da GRI 2 correspondem a 46,66% dos indicadores da GRI. Quanto à materialidade atual da cooperativa, identificou-se um tópico material da dimensão econômica com alta qualidade de relato; nove tópicos materiais relacionados à dimensão social, dos quais, quatro foram classificados com baixa qualidade, quatro de média e apenas um com alta qualidade; cinco tópicos materiais da dimensão ambiental, todos de classificados como de média qualidade; e ainda o tópico Pesquisa, Tecnologia e Inovação, que abrange os três aspectos, foi classificado com alta qualidade. A análise dos 26 tópicos materiais abrangidos pelo Suplemento Setorial GRI 13 mostrou que todos os tópicos sugeridos são pertinentes ao setor. Ao comparar a materialidade relatada pela cooperativa com os tópicos do Suplemento Setorial GRI 13, identificou-se que 13 tópicos materiais são iguais, correspondendo a 50% do total de tópicos do suplemento. Além disso, observa-se que destes 13 tópicos cerca de apenas metade dos indicadores foram relatados integralmente. Entre os tópicos do suplemento que ainda não são relatados, 04 possuem maior sinergia com o setor e com as atividades da cooperativa por causarem impactos que, a longo prazo, podem afetar a sustentabilidade da operação. Conclui-se que a mesma matriz de materialidade está sendo utilizada desde o ano de 2017 e foi definida sem mensurar a relevância atribuída a cada indicador pelos stakeholders externos. Esta pesquisa identificou, ainda, quem são os stakeholders internos e externos da cooperativa e do setor, e fez a proposição de 18 tópicos materiais, com base nas diretrizes escolhidas neste estudo, e com a classificação de relevância de baixa, moderada, moderada/alta e alta, para atualizar a matriz de materialidade da Frimesa, conforme o cenário atual.
Simulação Numérica do Acoplamento Elétrico-Térmico Aplicado a Coletores Solares Fotovoltaicos/Térmicos Híbridos
(2023) Pelozato, Elias
Mesmo com a atual massificação dos sistemas fotovoltaicos (PV), esta tecnologia ainda possui uma baixa eficiência, de aproximadamente 20% (pelo menos até os dias atuais). Além do mais, a maior parte da radiação incidente é dissipada em forma de calor, energia que pode ser utilizada para captação de calor residual. Desta forma, uma tecnologia renovável de muito interesse a ser implementada nas construções urbanas, produzindo eletricidade e calor seriam os sistemas de coletores solares fotovoltaicos/térmicos híbridos (PV/T). O objetivo principal do presente trabalho, é o desenvolvimento de um modelo numérico simplificado, do acoplamento elétrico-térmico para um sistema PV/T, para análise de diferentes configurações, como módulos monocristalinos e policristalinos. Cabe ressaltar, que este modelo foi implementado na linguagem de programação Python. A metodologia utilizada considera o uso da equação de um diodo para o modelo elétrico, acoplada às equações de balanço de energia para aproximação dos gradientes de temperaturas de cada camada do material do PV/T. Já para a solução do sistema de equações não lineares transientes, o método numérico utilizado foi o de Runge-Kutta de quarta ordem. O modelo foi validado utilizando bibliografias encontradas na literatura. Levando em conta os dados reais de uma estação solarimétrica instalada em Foz do Iguaçu. Também, uma análise de sensibilidade foi realizada a fim de identificar quais parâmetros principais são os mais impactantes no modelo, como por exemplo, distanciamento entre tubos, variação da vazão e espessura do isolamento. Com respeito aos resultados do acoplamento, foram obtidas menores temperaturas de trabalho dos módulos e, consequentemente, melhores ganhos na produção elétrica. Cabe mencionar, que a distribuição de temperaturas por camadas, além das eficiências e da potência apresentadas foram realizadas em condições de pouca nebulosidade, onde se verificou que ao aumentar a espessura do isolante em quatro vezes, o aumento na temperatura de saída do fluído foi de apenas 3,5%. Além disso, o arranjo proposto obteve uma eficiência global de aproximadamente 30%, e com a captação da energia residual em forma de remoção de calor, um fluido de trabalho pode ser aquecido e utilizado para em residências e comércios, como hotéis ou restaurantes.
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.
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.
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.
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.
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.
Bancada de Reprodução de Falhas em Sistemas de Proteção e Controle-Powerts
(2022) Silva, Adriel Rodrigues da; Orientador
Com a crescente evolução das técnicas de processamento digital aplicadas a dispositivos de proteção e o advento dos dispositivos eletrônicos inteligentes, estes passaram a ter parâmetros e funções mais complexas, as quais geraram mudanças nos cenários de testes. O conhecimento das lógicas implementadas nos relés e suas funções são de suma importância para a realização de testes. A realização de testes em sistemas de proteção e controle traz segurança para o sistema elétrico de potência: em uma atuação indevida ou uma falha de atuação podem ocorrer desligamentos indevidos, levando a um colapso do sistema. Tendo em vista os impactos causados pelas interrupções no fornecimento de energia elétrica, nota-se a importância de ferramentas para a realização de testes, manutenção e comissionamento dos dispositivos eletrônicos inteligentes. Em confluência com as exigências do cenário atual, os testes para verificação dos esquemas de proteção estão evoluindo cada vez mais para uma abordagem que represente o comportamento real da operação do sistema elétrico de potência. Neste contexto, uma bancada de reprodução de falha com o auxílio de uma caixa de ensaio se mostra um local adequado para realizar testes em dispositivos eletrônicos inteligentes, uma vez que permite a configuração de distintos bays de subestação, simulando sinais de equipamentos elétricos e permitindo a seus usuários a realização de testes nos sistemas de proteção de forma segura, sem riscos de acidentes pessoais e desligamentos acidentais. O objetivo deste trabalho é desenvolver uma bancada de reprodução de falhas, com o propósito de realizar ensaios em dispositivos eletrônicos inteligentes, atendendo aos novos cenários de teste, e contribuir para a qualificação de profissionais que atuam no sistema elétrico de potência. A bancada proporciona uma infraestrutura básica e com auxílio de uma caixa de ensaio, a realização de testes em sistemas digitais de proteção e controle, quando na necessidade de reprodução de falhas ocorridas no sistema, configuração e implementação de novas lógicas, comissionamento e manutenção. A metodologia aplicada nesta pesquisa se deu por meio de análise de resultados dos testes realizados em bancada em lógicas e funções de proteção. Os resultados apresentados foram satisfatórios, mostrando que a bancada simulou todos os sinais necessários para o funcionamento correto das lógicas e funções de proteção, atestando sua praticidade e eficiência.
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.
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.
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.

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