Tratamento de esgoto doméstico em reatores sequenciais em batelada anaeróbios (RSBAn)

Este trabalho relata os resultados de um experimento realizado em duas etapas distintas. Na primeira com duração de 5 meses foram operados 4 Reatores Seqüenciais em Batelada Anaeróbios (RSBAn) com diferentes relações entre altura e diâmetro. Todos eles obedeceram a um Tempo de Detenção Hidráulica (TDH) de 20 horas, perfazendo 2 ciclos diários de 12 horas cada um. Na segunda etapa, desta vez com 6 meses de operação, três RSBAn com geometrias idênticas foram operados com diferentes TDH de 7, 10 e 13 horas perfazendo 6, 4 e 3 ciclos diários de 4, 6, e 8 horas cada, respectivamente. Todos os experimentos foram feitos em escala de bancada, tratando esgoto sintético de características domésticas. Objetivou-se avaliar primeiramente, o efeito da configuração dos reatores relativamente as suas eficiências e depois avaliar as eficiências para diferentes TDH. Os resultados da primeira etapa demonstraram boas remoções de DQO e sólidos suspensos, em média 80 e 85% respectivamente, no efluente de todos os quatro reatores, com os melhores resultados ocorrendo nos que apresentaram menores relações altura / diâmetro. Observaram-se tempos de aclimatação da biomassa relativamente curtos para esta tecnologia em comparação a tecnologias anaeróbias tradicionais. Na segunda fase foram alcançadas boas eficiências para os TDH mais longos atingindo 85% de remoção de DQO. Mesmo assim, os reatores com menores TDH também se mostraram capazes de atingir em torno de 80% de eficiência. Observou-se que curtos tempos de retenção hidráulicos apresentaram maiores quantidades de ácido propiônico podendo promover o acúmulo de produtos intermediários como ácidos graxos voláteis no interior dos reatores. Pelo comportamento dos perfis realizados nos reatores de ambas etapas, dos parâmetros DQO e produção de gás metano, confirmaram-se as vantagens teóricas mencionadas por pesquisadores desta nova tecnologia, onde afirmam que a característica fundamental dos RSBAn é apresentar uma alta concentração de substratos no fim da alimentação e uma baixa concentração antes da fase de sedimentação, resultando em baixas taxas de alimento / microorganismo, levando portanto, a biofloculação e baixas produções de gás durante a sedimentação.

Simulação do movimento da água no solo utilizando modelo numérico

Um dos principais desafios para o século XXI é o uso sustentável dos recursos hídricos. A agricultura é a maior usuária desse recurso, sendo responsável por aproximadamente 70% dos gastos globais de água. Para o uso racional da água é necessário o conhecimento das propriedades hidráulicas do solo na condição de não-saturação. A simulação do movimento da água no solo através da modelagem é uma ferramenta importante no entendimento do sistema solo-água-planta, pois permite a previsão e estudo do comportamento da redistribuição da água no solo de maneira eficiente. Porém a forte dependência entre os parâmetros hidráulicos do solo (teor de água, potencial matricial e condutividade hidráulica) fazem da modelagem um assunto complicado, necessitando de modelos numéricos que utilizem intervalos discretos de tempo e espaço. Esses intervalos devem ser suficientemente pequenos para que dentro de um intervalo as variações dos parâmetros hidráulicos sejam insignificantes. Nesta tese é proposto um algoritmo para a descrição do movimento vertical da água no solo, definindo o intervalo de tempo como função de uma variação máxima admissível do teor de água. O algoritmo foi testado para alguns conjuntos de dados hidráulicos de solos, utilizando as condições de contorno de um experimento de perfil instantâneo. A eficiência do algoritmo foi verificada em situações práticas, como na previsão do teor de água na Capacidade de Campo e na predição do tempo para ser atingida determinada condição de umidade no solo. Utilizando o algoritmo, também foram estudados o comportamento da retenção e dos parâmetros de condutividade em relação aos parâmetros de drenagem. Concluiu-se que o algoritmo descreve adequadamente o processo de redistribuição de água no solo utilizando intervalos suficientemente pequenos de tempo e espaço; a forma de discretização do tempo não comprometeu a acurácia das medidas; a previsão do teor de água na Capacidade de Campo e do tempo para ser atingida determinada condição de umidade no solo foram satisfatórias; e o algoritmo permite o estudo das relações entre os parâmetros hidráulicos do solo.

Codisposição de resíduos sólidos de serviços de saúde com resíduos sólidos urbanos

O objetivo deste trabalho é estudar a codisposição de resíduos sólidos de serviços de saúde (RSSS) com resíduos sólidos urbanos (RSU), dando ênfase aos microrganismos normalmente encontrados nos RSSS. O trabalho foi desenvolvido em três etapas, julgadas relevantes para o entendimento da codisposição de RSSS com RSU, denominadas de forma geral: Codisposição, Recirculação e Inoculação. A Codisposição foi implementada a partir da montagem de seis células de 70 m3, portanto em escala real, escavadas sobre a Célula 4 do Aterro Sanitário Zona Norte, na cidade de Porto Alegre. As células experimentais foram dispostas lado a lado, apresentando base inferior 2 x 3 m, base superior 7 x 8 m e profundidade 2,5 m. Cada célula recebeu, nesta ordem, cobertura de BIDIM 400, PEAD 2 mm e BIDIM 180. As duas coberturas de BIDIM funcionaram como membranas protetoras da manta de PEAD (impermeabilizante), visando minorar possíveis danos mecânicos determinados principalmente por elementos pérfuro-cortantes. As drenagens dos efluentes líquidos e gasosos de cada célula foram realizadas através de tubos hidráulicos de DN 40 mm, possuindo estes comunicação entre si no interior de cada célula, mas não entre células. Os tubos de saída de gás e lixiviado foram furados em sua superfície para garantir a remoção dos efluentes do interior das células, sendo forrados com BIDIM 400 nas regiões perfuradas para impedir a obstrução dos furos pelo resíduo. As células foram denominadas C1, C2, C3, C4, C5 e C6, diferindo entre si devido às relações de RSSS/RSU que foram utilizadas em seu preenchimento. De C1 a C6, as percentagens de RSU e RSSS foram, respectivamente, (100% e 0%), (95% e 5%), (75% e 25%), (50% e 50%), (25% e 75%) e (0% e 100%). Depois de preenchidas, as células receberam uma camada de argila compactável de 60 cm. Foram analisadas diversas variáveis físicas, químicas e microbiológicas de controle. Na etapa de Recirculação, estudou-se a influência da reposição de todo o lixiviado gerado em uma célula sobre a argila de recobrimento desta mesma célula. Foi estudado ainda o Poder Germinativo de quatro espécies vegetais das quais uma delas viria a ser utilizada para remoção de poluentes do lixiviado recirculado, sendo plantada sobre a superfície superior das células. Foram elas ervilhaca (Vicia sativa), aveia preta (Avena strigosa), alfafa (Medicago sativa) e pensacola (Paspalum notatum), testadas na presença e ausência de lixiviado;. Nesta etapa, foi testada a influência da espécie vegetal ervilhaca (Vicia sativa) – leguminosa de inverno –, plantada na argila, como agente de depuração do lixiviado recirculado. Verificou-se que a utilização desta espécie vegetal não teve influência significativa na remoção de poluentes do lixiviado, nas condições do experimento. A redução das concentrações de poluentes se deveu, portanto, à operação de recirculação. Na etapa denominada Inoculação, foram estudadas as curvas de crescimento de três espécies de microrganismos em lixiviado bruto e esterilizado. Foram utilizados reatores de 1,5 L preenchidos com 1 L de lixiviado esterilizado previamente, sendo inoculadas concentrações conhecidas dos microrganismos Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus aureus, separadamente. Para cada microrganismo, foram montados doze reatores: quatro com pH 5, quatro com pH 7 e quatro com pH 9. De cada conjunto de reatores de mesmo pH, três foram inoculados com igual concentração de microrganismos, e um, considerado reator de controle, recebeu somente água deionizada e esterilizada. Desenvolveram-se, como esperado, as curvas de crescimento para as espécies estudadas. A espécie Pseudomonas aeruginosa se adaptou melhor (maior tempo de sobrevivência e concentrações mais elevadas) no pH neutro, enquanto que a espécie Escherichia coli se desenvolveu melhor no pH ácido. No pH 9, ambas as espécies foram inviabilizadas desde a primeira contagem. Para Staphylococcus aureus a concentração reduziu-se drasticamente nas primeiras 24 h para todos os valores de pH. Comparando-se os pH, essa espécie se adaptou melhor no pH neutro e depois no pH ácido. A partir dos estudos desenvolvidos, a codisposição de RSSS com RSU se mostrou uma técnica aceitável.

Escalonamento de um Job Shop : análise de um algoritmo com regras heurísticas

O presente trabalho visa definir um modelo de alocação dos recursos da produção para centros de trabalho em sistemas baseados em job shop, usando a abordagem heurística para garantir uma boa alocação dos recursos. São levados em conta a complexidade de um ambiente de produção, seus aspectos temporais e os modelos de Job Shop Scheduling atualmente em uso. Com isso são examinados os aspectos conceituais deste ambiente e proposto um modelo de alocação de recursos para auxiliar no planejamento operacional do mesmo. Pode-se definir os recursos como todos os elementos necessários à execução das diversas atividades de um processo produtivo, tais como equipamentos, máquinas, mão-de-obra, etc. Por sua vez, os recursos são limitados por natureza, quanto à quantidade de unidades disponíveis, às suas funcionalidades e à capacidade produtiva. O processo de alocação dos recursos pressupõe a designação dos recursos mais satisfatórios para a execução de cada uma das atividades que fazem parte de um projeto. O modelo proposto é baseado no uso de heurísticas para resolver o escalonamento nos centros de trabalho, também chamados de células de produção, usando restrições e regras entre as ordens de fabricação (peças) e as máquinas, para encontrar uma solução satisfatória ao problema. O resultado final é uma ferramenta de apoio à decisão no processo de manufatura, permitindo a visualização do melhor escalonamento de produção, visando a redução do ciclo e setup de produção no processo, com base nas informações locais do ambiente fabril. O sistema está implementado numa empresa de componentes hidráulicos, inicialmente no centro de trabalho de corte, composto por quatro máquinas que realizam o corte de diversos tipos de matérias-primas.

Influência de parâmetros físicos no dimensionamento de chaminés de equilíbrio simples de usinas hidrelétricas

Tendo em vista que as chaminés de equilíbrio são estruturas importantes na proteção dos circuitos hidráulicos das usinas hidrelétricas contra os fenômenos transientes que ocorrem rotineiramente durante sua operação, realizou-se uma investigação sobre a influência dos parâmetros físicos no desempenho e conseqüentemente no dimensionamento de chaminés de equilíbrio simples localizadas a jusante das turbinas, caso aplicado a Usina Hidrelétrica de Serra da Mesa. Os parâmetros estudados foram: área da chaminé, comprimento e área do túnel de fuga, perda de carga, vazão, nível no canal de fuga e tempo de manobra. Foram coletados dados na Usina Hidrelétrica de Serra da Mesa e em uma estrutura laboratorial existente no LAHE, ambas pertencentes a FURNAS Centrais Elétricas S.A, referentes a situações de regimes permanentes (operação normal) e de regimes transientes. Estes dados foram utilizados na determinação da perda de carga linear nos túneis e das características das oscilações em suas chaminés de equilíbrio. Para o estudo da perda de carga linear em túneis, também foram feitas medições, em regime permanente, na Usina Hidrelétrica de Salto Forqueta – CERTEL - Cooperativa de Eletrificação Teutônia, e utilizados os dados da Usina Hidrelétrica Bugres fornecidos pela CEEE – Companhia Estadual de Energia Elétrica –RS. Com estes dados foram estabelecidas relações entre o coeficiente de atrito e o número de Reynolds para cada estrutura e realizada a sua comparação com valores teóricos Verificou-se, através da comparação com dados experimentais que os quatro modelos numéricos disponíveis estavam aptos à aplicação na seqüência da pesquisa, porém, elegeu-se o modelo CHAMINE-IPH devido a sua maior versatilidade e simplicidade de uso. Com a análise dos resultados das simulações numéricas realizadas foi possível a identificação da influência dos parâmetros físicos no comportamento do nível d’água em chaminés de equilíbrio simples durante regimes transientes. Constatou-se que para a reprodução numérica de fenômenos transitórios em chaminés de equilíbrio a jusante das turbinas, é fundamental a consideração da oscilação do nível no canal de fuga e dos coeficientes de perda de carga adequados.

Desenvolvimento de uma mesa vibratória para estudos sobre vibração no corpo humano, medições em um grupo de motoristas e ajuste de um modelo biodinâmico

A exposição do ser humano a vibrações mecânicas é um tema relacionado com a mecanização do trabalho e à proliferação de veículos automotores, e é, portanto, um assunto que só começou a ganhar importância em meados do século XX. Atualmente, a vibração é amplamente reconhecida como um fator de risco para a saúde de trabalhadores de todo o mundo. Além disso, fatores de grande relevância no mundo atual, como o desempenho na realização de tarefas e a qualidade de vida, podem ser afetados pela presença de vibração em ambientes de trabalho e em outros locais do cotidiano. As soluções das questões relacionadas com o tema passam pelo entendimento de como o ser humano reage física, fisiológica e psicologicamente à presença da vibração, e muito se tem estudado para entender este fenômeno extremamente complexo. A maioria dos trabalhos publicados sobre o tema foi desenvolvida em grandes centros de pesquisa norte-americanos e de alguns países europeus. Sendo as características individuais, como o biótipo, fatores importantes na reação do corpo ao movimento, é necessário que populações externas a estes centros de pesquisa sejam envolvidas nos estudos experimentais, cujo objetivo é levantar informações que permitam a evolução dos conhecimentos na área. Os objetivos deste trabalho foram (1) desenvolver um aparato experimental com custo acessível para realização de experimentos que permitam medir parâmetros do comportamento dinâmico humano de corpo inteiro e (2) utilizar este equipamento para realizar medições em uma população exposta à vibração de corpo inteiro em sua atividade profissional, e utilizar estes dados para desenvolver um modelo do comportamento dinâmico da população amostrada. Foi desenvolvida uma mesa vibratória baseada em um acionamento pneumático, com custo inferior aos sistemas hidráulicos e eletro-mecânicos tradicionalmente utilizados, capaz de produzir vibração na direção vertical com as características necessárias à realização dos experimentos em questão. O sistema foi utilizado para medir parâmetros biodinâmicos em um grupo de controle e um grupo de motoristas da SOUL, uma empresa de transporte coletivo da região metropolitana de Porto Alegre. Os resultados das medições mostraram diferenças no comportamento dinâmico das duas populações amostradas. São apontadas e discutidas no texto algumas possíveis causas para estas diferenças, como a influência da idade e a mudança da reação ao estímulo nos indivíduos expostos à vibração em seu ambiente de trabalho.

Otimização do controle da drenagem em macrobacias urbanas

A urbanização descontrolada das cidades brasileiras tem provocado o agravamento das enchentes naturais e a ampliação de sua freqüência, além de criar novos pontos de alagamento localizados. Isto se deve à crescente impermeabilização do solo com aumento do volume pluvial escoado e redução de amortecimento. A concepção de um projeto de macrodrenagem em uma bacia urbana que considere o controle das inundações, como por exemplo, a implementação de reservatórios de amortecimento em áreas sujeitas a alagamentos, constitui-se em uma tarefa complexa e difícil devido ao grande número de alternativas possíveis, considerando todas as variáveis envolvidas, como capacidades hidráulicas existentes e necessárias das redes de drenagem, disponibilidade de áreas para construção de reservatórios, custos de desapropriação destas áreas, existência de sistemas mistos de coleta, uso de reservatórios abertos ou subterrâneos, dentre outras. Desta forma o projetista coloca-se diante de um dilema: qual o conjunto destas alternativas podem ser o mais eficiente? Este estudo promoveu a análise da aplicabilidade e eficiência de um modelo de otimização associado a modelos hidrológico-hidráulicos como instrumentos de suporte à decisão em problemas de drenagem urbana. A ferramenta desenvolvida compôs-se pelo modelo IPHS1 para a simulação hidrológica e hidráulica, pelo algoritmo de evolução SCE-UA para o processo de otimização através da minimização do custo de implantação das soluções e do módulo EXTRAN do modelo SWMM para a verificação hidráulica dos resultados obtidos e análises de riscos superiores. Os resultados mostraram-se bons e o sistema implementado adaptou-se bem às características das duas bacias analisadas: bacia do arroio do Moinho e bacia do arroio da Areia. O sistema forneceu os cenários de custos otimizados de implantação da solução com detenções distribuídas nas bacias e ampliações de redes, em um curto período de tempo e utilizando dados que seriam necessários para qualquer projeto de macrodrenagem deste tipo. Com os resultados compilados, foram obtidas funções de auxílio à tomada de decisão em planos e projetos de drenagem urbana através de curvas ajustadas aos pontos gerados nas bacias estudadas. Foi realizada a análise de sensibilidade e a avaliação das incertezas envolvidas com o modelo hidrológico utilizado com relação ao seu parâmetro principal, o Curve Number. Esta análise mostrou grandes variações nas vazões de saída das bacias e nos custos das obras com pequenas alterações nos valores de CN. Apresenta-se ainda uma análise econômica da aplicação dos valores obtidos de forma extrapolada para todo o município de Porto Alegre.

Características do escoamento ao longo de uma escada de peixes do tipo ranhura vertical

Sucessivos barramentos ao longo de um rio impedem a migração, fenômeno característico de algumas espécies de peixes. Essa interrupção pode provocar a extinção local de espécies migratórias de peixes e acentuada queda da produção pesqueira. Mecanismos de Transposição para Peixes (MTP) são estruturas capazes de mitigar os efeitos negativos desses barramentos, possibilitando a transposição segura dessas espécies através dos barramentos. Esta pesquisa visou a compreensão do funcionamento de um MTP conhecido como escada para peixes do tipo ranhura vertical. Para tanto, foram realizados experimentos em uma estrutura de laboratório, geometricamente semelhante à Escada de Peixes do tipo Ranhura Vertical do reservatório da UHE de Igarapava/MG. Foram realizados experimentos em diversas vazões para a verificação do regime de escoamento ao longo da estrutura e para a determinação dos parâmetros hidráulicos de vazão adimensional, de coeficiente de descarga e de coeficiente de cisalhamento, que foram comparados aos encontrados na bibliografia. Por meio desses ensaios foi possível sugerir equações simplificadas para esses parâmetros Também foram executados ensaios a vazão constante para gerar mapas de distribuição de velocidades médias e de pressões dentro de um tanque da estrutura. A vazão constante também foram medidos valores de altura de lâmina d’água ao longo de dois eixos de um tanque e realizadas visualizações do escoamento por meio do uso de traçadores. Os resultados puderam demonstrar a existência de um jato e de duas zonas de recirculação de água, à esquerda e à direita do tanque, assim como a alta variação de valores de pressões no jato e a existência de velocidades no sentido vertical, principalmente na zona de recirculação à esquerda do tanque.