Understanding water and ion transport behaviour and permeability through poly(amide) thin film composite membrane

Molecular dynamics (MD) together with the adaptive biasing force (ABF) and metadynamics free energy calculation methods was used to investigate the permeation properties of salt water through poly(amide) thin film composite reverse osmosis membranes. The thin films were generated by annealing an amorphous cell of poly(amide) chains through an MD method. The MD results showed they have typical structural properties of the active layer of thin film composite membranes and comparable water diffusivity (2.13×10^-5cm²/s for the film with a density of 1.06g/cm³) and permeability (9.27×10^-15cm³cm/cm²sPa) to experimental data. The simulations of water permeation through the films under different transmembrane pressures revealed the behaviours of water molecules in the thin films and the dynamic regimes of water permeation, including Brownian diffusion, flush and jump diffusion regimes. The intermolecular interactions of water and ions with poly(amide) chains showed a strong dependence on the local structure of films. The attraction between water and ploy(amide) molecules can be up to 8.5kcal/mol in dense polymer regions and 5kcal/mol in the pores of about 3nm. The ABF and metadynamics simulations produced the profiles of free energy potential of water and ions along the depth of the thin films, which provided important information for quantitatively determining the barrier energy required for water permeation and rejection of ions. The thin film with a density of 1.06g/cm³ and a thickness of 6nm offers a rejection to Na⁺ but a slight absorption of Cl^- (0.25kcal/mol) at 0.3-0.4nm distance to its surface. Water molecules must overcome 63kcal/mol energy to move to the centre of the film. The dependences of the barrier energy and the water-polymer interaction energy on the local free volume size in the thin film were analysed. The simulations of water permeation under high transmembrane pressures showed a nonlinear response of the concentration and distribution of water molecules in the film to the imposed pressure. Compaction of the film segments close to the porous substrate and water congestion in dense regions significantly influenced the water permeation when the membrane was operated under pressures of more than 3.0MPa.

Potencial de produção de cana-energia em áreas agrícolas marginais no Brasil

A descoberta e utilização do petróleo provocaram significativas mudanças na sociedade ao longo do tempo, sendo ele um dos mais importantes fatores de transformação socioambiental e cultural no mundo ao longo do ultimo século. Sua grande gama de possibilidades de utilização acabou criando um sistema de produção baseado em um único agente energético, principalmente nos países que não possuem recursos hídricos nem outras fontes renováveis. Porém, nas ultimas décadas do século passado, começaram a surgir inúmeras discussões sobre a necessidade de se alterar a composição da matriz energética global. Como resultados das preocupações quanto à escassez daquele recurso natural, vários pesquisadores direcionaram seus estudos para a busca de alternativas que pudessem de forma sustentável se prestar como substituto ao petróleo. Uma delas seria o uso de biomassa, de forma a aproveitar a capacidade das plantas em transformar a energia solar em carbohidratos. O Brasil, além de possuir uma das matrizes energéticas mais diversificadas e limpas do mundo, possui grande extensão de terras agricultáveis o que o coloca em lugar de destaque quanto ao potencial de produção de culturas agroenergéticas. Considerando as características da cana-de-açúcar e a sua adaptação a áreas de cultivo do Brasil e impulsionados pela demanda de produção de biomassa moderna, a ser aplicada em processos de transformação mais complexos e que possibilitem a obtenção de outros produtos além de açúcar, álcool e energia, estudou-se neste trabalho plantas de cana-de-açúcar melhoradas com a finalidade exclusiva de produzir biomassa moderna, a chamada “cana- energia”. Esta é uma planta que, contrariamente à tradicional cana-de-açúcar, melhorada para produzir sacarose, é direcionada para produzir fibra, e que, além disso, por possuir maior participação de espécies ancestrais de maior rusticidade, estão aptas a suportar condições ambientais mais estressantes. Os resultados obtidos demonstraram que os híbridos de cana-energia apresentam grande potencial de produção de biomassa e massa seca por área, a custos altamente competitivos considerando as análises comparativas de custo de produção de massa seca por área. Quanto a produção foi possível observar que além de ser mais produtiva em primeiro corte, nos resultados de colheita de soqueira (segundo corte), o melhor híbrido de cana- energia chegou a produzir uma vez e meia mais massa seca que a cana-de-açúcar tradicional, e apresentou maiores produtividades que outras culturas energéticas tais como o eucalipto e o capim-elefante, sendo que, considerando as produtividades médias observadas, a partir do terceiro corte com estes níveis de produtividade, a cana-energia passa a ser a matéria prima de mais baixo custo de produção de massa seca por área, denotando o seu alto potencial como matéria prima para a produção de bioenergia. No Zoneamento agroecológico realizado para a cana energia foi possível identificar 32,3 milhões de hectares de áreas de produção agrícola marginais aptas ao cultivo deste material, sendo que de acordo com os resultados do zoneamento agrícola e as características das regiões em estudos, identifica-se que deste total, pode-se considerar que os materiais que se destacaram em produtividade neste estudo, apresentam boas condições de ocupar uma área de 2,0 a 8,0 milhões de hectares.

Pirólise de borras oleosas de petroleo utilizando nanomateriais

The oily sludge is a complex mix of hydrocarbons, organic impurities, inorganic and water. One of the major problems currently found in petroleum industry is management (packaging, storage, transport and fate) of waste. The nanomaterials (catalysts) mesoporous and microporous are considered promising for refining and adsorbents process for environment protection. The aim of this work was to study the oily sludge from primary processing (raw and treated) and vacuum residue, with application of thermal analyses technique (pyrolysis), thermal and catalytic pyrolysis with nanomaterials, aiming at production petroleum derived. The sludge and vacuum residue were analyzed using a soxhlet extraction system, elemental analysis, thin layer chromatography, thermogravimetry and pyrolysis coupled in gas chromatography/mass spectrometry (Py GC MS). The catalysts AlMCM-41, AlSBA-15.1 e AlSBA-15.2 were synthesized with molar ratio silicon aluminum of 50 (Si/Al = 50), using tetraethylorthosilicante as source of silicon and pseudobuhemita (AlOOH) as source of aluminum. The analyzes of the catalysts indicate that materials showed hexagonal structure and surface area (783,6 m2/g for AlMCM-41, 600 m2/g for AlSBA-15.1, 377 m2/g for AlSBA-15.2). The extracted oily sludge showed a range 65 to 95% for organic components (oil), 5 to 35% for inorganic components (salts and oxides) and compositions different of derivatives. The AlSBA-15 catalysts showed better performance in analyzes for production petroleum derived, 20% increase in production of kerosene and light gas oil. The energy potential of sludge was high and it can be used as fuel in other cargo processed in refinery

Caracterização analítica e geométrica da metodologia geral de determinação de distribuições de Weibull para o regime eólico e suas aplicações

O regime eólico de uma região pode ser descrito por distribuição de frequências que fornecem informações e características extremamente necessárias para uma possível implantação de sistemas eólicos de captação de energia na região e consequentes aplicações no meio rural em regiões afastadas. Estas características, tais como a velocidade média anual, a variância das velocidades registradas e a densidade da potência eólica média horária, podem ser obtidas pela frequência de ocorrências de determinada velocidade, que por sua vez deve ser estudada através de expressões analíticas. A função analítica mais adequada para distribuições eólicas é a função de densidade de Weibull, que pode ser determinada por métodos numéricos e regressões lineares. O objetivo deste trabalho é caracterizar analítica e geometricamente todos os procedimentos metodológicos necessários para a realização de uma caracterização completa do regime eólico de uma região e suas aplicações na região de Botucatu - SP, visando a determinar o potencial energético para implementação de turbinas eólicas. Assim, foi possível estabelecer teoremas relacionados com a forma de caracterização do regime eólico, estabelecendo a metodologia concisa analiticamente para a definição dos parâmetros eólicos de qualquer região a ser estudada. Para o desenvolvimento desta pesquisa, utilizou-se um anemômetro da CAMPBELL.

Estimativa da radiação solar global diária em função do potencial de energia solar na superfície do solo

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Sistema de destilação solar com pré-aquecimento em concentrador cilindro parabólico

Due to the increasing need to promote the use of resources that support the environment and the clean industry, the science has developed in the area of natural resource use as well as enhanced use of the renewable energy sources. Considering also the great need for clean water and wide availability of salt or brackish water, added to the great solar energy potential in northeastern of the Brazil, it was developed a solar distiller whose main difference is its system of pre-solar heating also. From experimental adjustments, the system was developed by the use of a cylindrical solar concentrator coupled to a conventional distiller. The system is designed such that attempt to facilitate the process termination trap to ensure constant movement of the fluid mass and thus enable higher temperatures to the system and thus fetch a higher amount of distillate collected. In a stage of the experiment were used a forced circulation to try to further increase the amount of energy exchange system. To develop the study were set up four settings for comparison in which one was only distiller simple as basic parameter, the second proposed configuration were with the coupling of the concentration triggered manually every 30 minutes to monitor the sun, the third configuration occurred with automatic triggering of a timer, and the fourth configuration was also used a pumping system that tried to improve the circulation of the fluid. With the comparative analysis of the results showed a gain in the amount of distillate system, especially in the forced model

Evolutionary heuristic to determine future land use

In the spatial electric load forecasting, the future land use determination is one of the most important tasks, and one of the most difficult, because of the stochastic nature of the city growth. This paper proposes a fast and efficient algorithm to find out the future land use for the vacant land in the utility service area, using ideas from knowledge extraction and evolutionary algorithms. The methodology was implemented into a full simulation software for spatial electric load forecasting, showing a high rate of success when the results are compared to information gathered from specialists. The importance of this methodology lies in the reduced set of data needed to perform the task and the simplicity for implementation, which is a great plus for most of the electric utilities without specialized tools for this planning activity. © 2008 IEEE.

Multiarea optimal power flow using multiobjective evolutionary algorithm

In this work the multiarea optimal power flow (OPF) problem is decoupled into areas creating a set of regional OPF subproblems. The objective is to solve the optimal dispatch of active and reactive power for a determined area, without interfering in the neighboring areas. The regional OPF subproblems are modeled as a large-scale nonlinear constrained optimization problem, with both continuous and discrete variables. Constraints violated are handled as objective functions of the problem. In this way the original problem is converted to a multiobjective optimization problem, and a specifically-designed multiobjective evolutionary algorithm is proposed for solving the regional OPF subproblems. The proposed approach has been examined and tested on the RTS-96 and IEEE 354-bus test systems. Good quality suboptimal solutions were obtained, proving the effectiveness and robustness of the proposed approach. ©2009 IEEE.

Fault section estimation in automated distribution substations

In this paper, a methodology based on Unconstrained Binary Programming (UBP) model and Genetic Algorithms (GAs) is proposed for estimating fault sections in automated distribution substations. The UBP model, established by using the parsimonious set covering theory, looks for the match between the relays' protective alarms informed by the SCADA system and their expected states. The GA is developed to minimize the UBP model and estimate the fault sections in a swift and reliable manner. The proposed methodology is tested by utilizing a real-life automated distribution substation. Control parameters of the GA are tuned to achieve maximum computational efficiency and reduction of processing time. Results show the potential and efficiency of the methodology for estimating fault section in real-time at Distribution Control Centers. ©2009 IEEE.

An efficient codification to solve distribution network reconfiguration for loss reduction problem

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Produção de etanol a partir de mosto hidrolisado hemicelulósico de ponta e palha de cana-de-açúcar

Pós-graduação em Microbiologia Agropecuária - FCAV

Caracterização de produtos extrusados de misturas de farinha de soja, fécula e farelo de mandioca

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Cogeração a partir da biomassa residual de cana-de-açúcar: estudo de caso

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise econômico-energética de utilização de resíduo industrial florestal para geração de energia térmica: um estudo de caso

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Utilização de um algoritmo de caminho mínimo no processo de recolhimento do palhiço da cana-de-açúcar

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA