Tradução comentada de artigos de Stephen Gray (1966-1736) e reprodução de experimentos históricos com materiais acessíveis: subsídios para o ensino de eletricidade

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Elementos de sensores de eletricidade atmosférica

O ambiente eletromagnético que envolve o planeta Terra tem papel fundamental na preservação e desenvolvimento de todos os seres vivos, e talvez seja uma das últimas fronteiras do conhecimento humano a ser dominada completamente antes de nos aventurarmos ao espaço exterior na busca de novas oportunidades. Esse ambiente, apesar de vir sendo estudado a um longo tempo, só agora esta sendo desbravado e melhor conhecido, tendo como ponto fundamental de apoio o uso de sensores apropriados, que possam detectar e quantificar esses efeitos elétricos, e que sirvam de base para a geração de teorias para explicação dos fenômenos subjacentes, entre os quais os sensores de eletricidade atmosférica. Este trabalho faz uma analise ampla dos sistemas sensores de eletricidade atmosférica em uso nos dias atuais, avaliando seus modelos de funcionamentos, suas limitações e sua inteligência, concluindo por sintetizar especificações básicas para desenvolvimento de melhores sensores e definição de padrões métricos de tipos de variáveis a serem medidas para atendimentos das atuais e futuras demandas nesse campo do conhecimento. Adicionalmente, os processos envolvidos na calibração desses sensores serão abordados, com a revisão de modelos computacionais utilizados, baseado no método dos momentos (MoM) e outros, para avaliação de campos eletromagnéticos emitidos remotamente por padrões de cargas e correntes elétricas, que sirvam de apoio e base para essas calibrações.

Avaliação tecnológica, operacional e de gestão de sistemas híbridos para geração de eletricidade na Região Amazônica

O objetivo deste trabalho consiste em contribuir com o conhecimento sobre os sistemas híbridos de energia implantados na Região Amazônica e baseados no aproveitamento das fontes de energia solar, eólica e diesel-elétrica. O trabalho apresenta primeiramente o estado-da-arte dos sistemas híbridos, caracterizando sua evolução histórica, os principais tipos e classificações, a composição básica e os prós e contras da eletrificação usando esses tipos de sistemas. Em seguida, é feita a identificação e a descrição dos sistemas regionais através das referências bibliográficas existentes e de informações coletadas em pesquisas de campo. As características técnicas, operacionais, econômicas e de gerenciamento desses sistemas são analisadas sucintamente, servindo de base às proposições de modelos para sistemas híbridos, que influenciam diretamente sobre a estratégia de operação e gestão dos sistemas híbridos regionais. Esses modelos, depois de implementados, permitirão a otimização da operação dos sistemas e sua sustentabilidade.

Metodologia para análise exergética-econômica de plantas a vapor para geração de eletricidade consumido resíduo de biomassa amazônica

A disponibilidade de recursos energéticos em um país impacta diretamente no seu desenvolvimento sócio-econômico. Com a elevação dos preços dos energéticos no Brasil, a eficientização do uso de energia tornar-se uma atividade estratégica para o setor industrial. Com esse intuito as avaliações energéticas empregadas nesse setor objetivam otimizar a eficiência dos seus sistemas térmicos. Essas avaliações de desempenho energético são baseadas na Primeira Lei da Termodinâmica e são capazes de identificar apenas as perdas de energia, diferente da avaliação exergética que permite qualificar essa energia perdida. Devido a essa análise de qualificação da energia ser sofisticada e demorada, tornar-se necessário desenvolver um protocolo que seja executado de forma rápida e que contemple as particularidades da Amazônia, tanto o clima quanto a sua biomassa. Para isto, este trabalho propõe e aplica uma metodologia através do emprego de análises energéticas, exergética e exergo-econômica em uma planta de potência a vapor instalada no Estado Pará e operando com ciclo Rankine. Com aplicação dessas avaliações obtêm-se as taxas de energia e de perdas de energia, as taxas de exergia, as taxas de destruição de exergia, as taxas de custo de cada produto e o custo monetário da capacidade energética produzida pela planta em R$/kWh. Com esses resultados foi possível identificar as maiores perdas energéticas da planta, quantificar o custo da destruição de exergia nos principais equipamentos e a taxa de custo dos produtos principais da planta que são energia térmica e energia elétrica. Isto permite visualizar o desempenho energético, exergético e econômico em cada equipamento da planta e indicar os processos que merecem um trabalho de desenvolvimento para melhorar a sua eficiência econômica. Além disso, o custo da capacidade energética em R$/kWh produzida pela planta a vapor foi comparado com o valor cobrado pela concessionária de energia local. Essa comparação mostrou que central geradora de energia tem um custo de energia menor do que o valor confrontado.

Processo de attachment, densidade de raios e a ocorrência de flashover em linhas de transmissão de eletricidade

Esta tese refere-se ao uso de modelos de attachment de lideres (Leader Progression Model – LPM) para estimativa da distancia de salto, que, junto com dados de densidade de raios como coletado pelo sistema de detecção de raios do SIPAM, são usados para estimar a taxa de flashover em linhas de transmissão de eletricidade na Amazônia. O modelo de progressão de líder desenvolvido nesta tese é denominado ModSalto, que, para estimar a distancia de salto: 1- integra a densidade linear de cargas elétricas devida ao líder, proporcional a prospectiva corrente de primeira descarga (1º stroke) Ip, para determinar o campo elétrico produzido pelo líder descendente na estrutura sob estudo (para-raios, arestas, condutores, etc.); 2 – integra a distribuição imagem do líder descendente, fazendo uso da característica de poder das pontas como fator de estimulo e intensificação do campo elétrico devido a streamers nas partes aguçadas das estruturas sob estudo, para temporizar o momento do processo de attachment. O gatilho para o líder descendente, por hipótese, se deve a ejeção aleatória de pacotes de cargas elétricas em domínios turbulentos no interior das nuvens que recebem energia por processos de cascata da turbulência geral, e o comportamento do líder descendente, deve obedecer à equação da força de Lorentz, no espaço de campos cruzados elétrico devido às nuvens a cima e o campo magnético da Terra, que obriga as cargas do líder a desenvolverem movimentos cicloidais que podem explicar a natureza tortuosa do trajeto do líder descendente. Com o objetivo de formalizar dados consistentes de densidade de raios é feita uma reanalise do conjunto de dados coletado pelo LLS SIPAM de outubro de 2006 a julho de 2008 na região amazônica, com cerca de 3 milhões de eventos, comparando-os com dados de torres instrumentadas para evidenciar-se sua qualidade e usabilidade. Dados de elevação de terreno do SRTM da NASA são usados para gerar formula do raio de atração (Ra) das estruturas passiveis de serem atingidas por raios e para gerar formulas de área de atração, usadas para quantificar o numero de raios que provavelmente atingirão determinada estrutura, baseado no valor de densidade de raios (raios/km2/ano) na área em estudo.

Stephen Gray e a descoberta dos condutores e isolantes: tradução comentada de seus artigos sobre eletricidade e reprodução de seus principais experimentos

O livro expõe a trajetória de Stephen Gray (1666‑1736), cientista inglês que dedicou sua vida à Astronomia e à Física, especificamente na área da Eletricidade, e realizou uma série de experimentos que levaram a conclusões inéditas para a época. Sua principal descoberta foi perceber que existem dois tipos de substâncias com propriedades elétricas muito distintas, hoje conhecidas como condutores e isolantes. A obra mostra que Gray foi o primeiro cientista da história a atribuir aos metais e outros condutores a propriedade de atrair corpos leves colocados em suas proximidades, fenômeno que atualmente é conhecido como indução ou polarização elétrica. E também o pioneiro na criação de eletretos, substâncias que apresentam uma eletrização de longa duração, mostrando ainda como preservar temporalmente a eletrização dos corpos. Os autores apresentam uma breve biografia do cientista Stephen Gray, que apesar de sua importância permanece bastante desconhecido dos pesquisadores contemporâneos, principalmente brasileiros, uma vez que seus escritos e experimentos carecem de divulgação no país. Por conta dessa condição, a obra traz a tradução de seus dez artigos sobre eletricidade. Os experimentos de Gray são contextualizados, ilustrados com figuras didáticas e explicados com base nos conhecimentos atuais da Física. O livro mostra também como reproduzir os principais experimentos do cientista inglês com a utilização de materiais de baixo custo. De acordo com os autores, com o objetivo de motivar outros cientistas a se aprofundarem nessas pesquisas e a desenvolverem a obra de Gray de forma que seja utilizada no ensino, o livro busca “resgatar a memória desse grande pesquisador, que tinha um olhar afiado, era bastante preciso em suas explicações, criativo em suas ideias e muito claro em seus textos”

Aumento da oferta de eletricidade no setor sucroalcooleiro: incorporação de ciclo combinado associado à gaseificador de leito fluidizado

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Análise técnica e econômica da utilização da energia solar e eólica em uma propriedade rural para geração de eletricidade, bombeamento e aquecimento de água

This paper is about a case study of using solar energy and wind energy in a farm. For this purpose were collected from the property, such as water consumption and amount of residents. So, we estimate how many conventional panels or PET bottle panels and boiler needed to supply the farm with warm water. It also calculates the amount of photovoltaic panels and the main accessories for converting solar energy into electrical energy. For the pumping of water using photovoltaic panels is dismissed and dimensioned to be a watermill

Incorporação de novas tecnologias no setor sucroalcooleiro: produção de hidrogênio e aumento da oferta de eletricidade

This work studies the incorporation of new technologies in the sugarcane sector. Are considered the ethanol steam reforming and the gasification of sugarcane bagasse(by-product) processes associated with combined cycle systems (Gas Turbine + Steam Turbine), aggregating hydrogen production and increased electricity supply in the sector, respectively. To verify the technical feasibility of the incorporation processes was performed a thermodynamic analysis, considering data from a typical Brazilian Sugar Cane Industry. In another step the economic viability study of the hydrogen production process was made, with consideration on hydrated and anhydrous ethanol steam reform, comparing the cost of hydrogen production. Also considered studies of economic engineering of the gasification process and the generation of electricity associated. As conclusions, it follows that the ethanol steam reforming is a great alternative for hydrogen production, presenting production cost relatively low, especially when is considered the steam reforming of hydrated ethanol. For the gasification process associated with combined cycle, can be observed an increase of 8.56 times of the electricity production in the sugar cane industry, indicating a positive annual saving when the sales price of the supply electricity is greater than 0.070 US$/kWh. Finally it can be concluded that the incorporation of these new processes allow greater profitability and operational flexibility of Brazilian sugarcane mills

Viabilidade da geração de eletricidade a partir de fonte eólica on-shore: dificuldades e vantagens de expansão na matriz elétrica brasileira

The renewable energy sources presents an important role on the world's current context, its growing is essentially connected to the environmental issues and the energetic security, guided by the search for alternatives of energy. Among the alternative energy sources, the wind energy shows great importance in the brazilian territory, it has a great potential still unexplored and constant growth in the national electric matrix. The specific factor of generation, the conjuncture and the incentive politics influence on the expansion of wind energy in Brazil. Thus, the brazilian wind sector shows features which can be evaluated enable its developing. Keeping that in mind, the present work aims identify which are the advantages and the difficulties for the expansion of this energy source in the brazilian electric matrix. For that, the work studies the different parameters: features of electric generation of the different energy sources, incentive politics, generation costs, CO2 emission, evolution of wind energy in Brazil, the brazilian wind potential, and the regime of complementarily hydro-wind

Analise técnica, econômica e ecológica da incorporação de sistemas de gaseificação de bagaço de cana-de-açúcar no setor sucroalcooleiro: uso de ciclos combinados para o aumento da oferta de eletricidade

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

O ensino de física e a curiosidade epistemológica: o uso de experimentos de eletricidade em atividades educacionais

We analyzed with this work the importance of using experiments in the classroom, especially the low-cost experiments for better learning of Physics, discussing the context where this discipline is inserted, which in general, has been presented to students in a traditional, mechanistic way. We worked with the electrostatic theme and low cost didactic experiments, focusing on the pizza electrophorus. About the handling of this experiment, we can see the surprise and curiosity in students, depending on how it is used in didactic activities in order to make it meaningful to the student. We discussed how the curiosity can be harnessed in the classroom, the types of curiosity according to Freire, how to overcome the curiosity to become epistemological, the physics involved in the experiment and the teacher's role in this context

Propriedades elétricas de materiais híbridos de Sílica/orgânico à base de GPTS/TEOS preparados pelo método sol-gel

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Oportunidades de melhoria na gestão de resíduos em empresas distribuidoras de eletricidade: o caso da AES Eletropaulo

A gestão de resíduos em distribuidoras de eletricidade é bastante complexa, pois enquadram-se em vários tipos (valorizados ou não) e gerados em grande quantidade. Em 2009, a AES Eletropaulo gerou quase quatro mil toneladas de resíduos não perigosos, subdivididos em 30 tipos. Uma divisão por materiais, após desmontagem e separação dos diferentes materiais contidos nos fios, cabos, chaves, isoladores com ferragem e para-raios, subiria o valor da venda em R$ 600 mil. Isso geraria cerca de 214 toneladas de porcelana que, moídas, poderiam substituir as 210 toneladas de brita compradas anualmente pela concessionária para uso em subestações. Cerca de 160 toneladas de porcelanas intactas poderiam ser utilizadas na confecção de gabiões para contenção de encostas. Além disso, peças de ferro galvanizado poderiam ser decapadas e novamente galvanizadas para reaproveitamento.