Experimentos didáticos em fenômenos de transporte e operações unitárias para a Engenharia Ambiental

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Optimização de sistemas híbridos fotovoltaicos‐eólicos em zonas insulares de diversidade climática‐Arquipélago da Madeira

Nesta tese apresento um estudo detalhado sobre vários aspectos relacionados com a optimização de sistemas híbridos fotovoltaicos-eólicos em zonas insulares de diversidade climática-arquipélago da Madeira que foi desenvolvido no Laboratório Regional de Engenharia Civil e com algumas deslocações no Laboratório de Energia Solar da Universidade de Vigo entre 2002 e 2007. Foi baseado nos conhecimentos adquiridos ao longode 25 anos de prática profissional de estudo, projecto, montagem e monitorização de tecnologias solares e eólicas, para produção de electricidade em locais isolados, bem como pesquisa e análise climatológica. Como resultado final e após a criação de uma base de dados climáticos para fins energéticos, determinámos os dias característicos de radiação solar e temperatura para cada um dos doze meses do ano, nas seis estações meteorológicas estudadas. Estes dias são de grande utilidade também para a elaboração de outros estudos. Após o tratamento dos dados constatou-se que a evolução das temperaturas ao longo do ano, tanto no caso das médias como nas médias dos valores máximos e nas médias dos valores mínimos,segue uma tendência similar em todas as estações. Concluimos que, a altitude é o factor determinante nestas diferenças, de tal maneira que quanto maior for a altitude menor são, em geral, as temperaturas médias. No estudo da irradiação global constatámos que na ilha do Porto Santo há mais 4% de radiação solar que na ilha da Madeira. Já na costa norte da Madeira, mais precisamente em São Jorge a média diária mensal e anual é inferior em cerca de 16.5 % em relação ao Porto Santo. Contudo, a costa sul da Madeira apresenta valores de radiação interessantes para o aproveitamento energético. Na abordagem à produção fotovoltaica e eólica, desenvolvemos um novo conceito que relaciona a produção eléctrica por metro quadrado de terreno horizontal, referente à área dos módulos fotovoltaicos e à área de afectação dos aerogeradores. Este novo conceito permite facilmente comparar sistemas energéticos diferentes utilizando diferentes recursos energéticos, permitindo também comparar a energia eléctrica produzida com a energia solar recebida e, deste modo, extrapolar os resultados para a toda a superfície do arquipélago. Finalmente, no que diz respeito à optimização de sistemas híbridos fotovoltaicos-eólicos nas seis zonas climáticas do arquipélago da Madeira, calculámos a produção eólica diária e a produção média diária para cada um dos doze meses do ano, bem como a média anual, isto por metro quadrado de área varrida pelo rótor do aerogerador, para que os resultados se pudessem comparar com os resultados anteriormente obtidos na produção fotovoltaica, reportados também a metro quadrado de área de módulo. No que concerne à produção máxima e comparativa de sistemas (100% fotovoltaicos e 100% eólicos), estudámos várias hipóteses para que os resultados fossem os mais gerais possíveis, tendo-se chegado à conclusão de que se se relacionar a procura de energia/consumo com a produção anual do sistema híbrido, não é necessário fazer a simulação dos sub-sistemas fotovoltaicos-eólicos em tamanho real, bastando apenas conhecer a proporção exacta destes, e extrapolar os resultados obtidos em percentagem para qualquer dimensão. Da análise comparativa dos resultados da produção energética das diferentes composições percentuais fotovoltaico-eólico, podemos avaliar facilmente o grau de cobertura de energia renovável. Conhecidas as percentagens de cobertura da procura que se obtêm com energias renováveis, é possível definir com segurança as percentagens solar-eólica que oferecem as melhores opções técnicas. Em termos de optimização técnica, concluímos que o único factor que diferencia um sistema híbrido de outro, nos 6 locais estudados, é a área do módulo fotovoltaico e a área varrida pelo rótor do aerogerador. Finalmente, concluímos que os custos das instalações híbridas e do kWh renovável produzido nos locais estudados, diminuem em todos os locais ao diminuir a percentagem do sub-sistema eólico no sistema híbrido fotovoltaico-eólico, sendo o custo mais baixo reportado sempre à Instalação toda solar (100% fotovoltaica).

Sistema automático de prevenção de úlceras por pressão

As úlceras por pressão são um problema de saúde pública que tem vindo a centrar a atenção da comunidade científica da área da saúde. Em consonância, a prevenção constitui um aspecto fulcral do seu controlo. Esta dissertação centra-se na prevenção deste flagelo, desenvolvendo um protótipo para estudo da prevenção das úlceras por pressão através de sistemas de sensores. Um olhar sobre a temperatura corporal e a pressão, enquanto factores etiológicos, levou à construção de um sistema de monitorização destas variáveis. O sistema de monitorização é constituído pela matriz de sensores, pelo circuito de aquisição de dados da matriz, por um microcontrolador que percorre cada um dos nós da matriz, por um sistema de transmissão sem fios e um software de visualização dos dados da matriz. A matriz de sensores, aplicada numa superfície de contacto, cadeira ou cama, está associada a um computador e a um nó sensor sem fios, para que a informação relativa a cada doente possa ser visualizada local e remotamente. Local, porque os dados de temperatura e pressão podem ser acedidos na unidade de cuidados e remotamente, pois a informação enviada sem fios através de um nó XBee, pode ser acedida num computador central, noutra sala, permitindo a monitorização, interpretação e registo dos dados. São apresentadas, neste trabalho, as matrizes de temperatura, uma com 64 sensores (8x8), que serviu de base à construção do circuito de aquisição de dados, outra com 256 sensores (16x16) de temperatura e ainda uma matriz de pressão. Para a matriz de sensores de pressão de 16x16, foram construídos manualmente cada um dos 256 sensores. Foi criado o software de visualização dos dados, obtidos da matriz, utilizando o MatLab, através do qual o utilizador final do sistema poderá aceder aos dados gráfica e numericamente. A aplicação do sistema desenvolvido permitirá medir, em situação de contacto, as alterações da temperatura da pele e pressão, factores estes associados à detecção precoce de úlceras de pressão.

Configuração interferómetrica diferencial para medição de deformação e temperatura

Este documento descreve a implementação de um sistema interferométrico diferencial para a interrogação de redes de Bragg com o objectivo da medição diferencial de deformação e temperatura. Foram implementados dois sistemas de interrogação, um utiliza uma configuração implementada através de instrumentação física, e outro, uma configuração implementada através de instrumentação virtual, desenvolvida com recurso ao ambiente LabVIEW®. O esquema diferencial permite diminuir os efeitos de sensibilidade cruzada indissociáveis a estes sistemas. Foram realizados testes de deformação e temperatura de forma a validar o funcionamento do sistema virtual. Em ambos os casos, os resultados foram próximos dos obtidos com o sistema convencional, verificando-se que a instrumentação virtual é uma forma de aproveitar as vantagens que este esquema de interrogação apresenta: grande sensibilidade e elevada gama dinâmica, e permite reduzir uma de suas desvantagens, o elevado custo. Verificou-se ainda a viabilidade da aplicação da configuração estudada num sistema de análise térmica diferencial para identificação de compostos em amostras desconhecidas. O sistema foi demonstrado utilizando uma mistura de acetona e metanol. Do trabalho realizado nesta dissertação foi possível efectuar algumas publicações que foram submetidas em Revistas e Conferências Científicas. A primeira ao Symposium On Enabling Optical Networks and Sensors SEON - 2010, Anexo A. A segunda à 21st International Conference on Optical Sensors - OFS 2011, Anexo B. E uma terceira submetida à revista Journal of Lightwave Technology, Anexo C.

Adequação bioclimática para os espaços urbanos abertos do centro de Fortaleza, CE

This research presents a study investigating the correlation between the environmental-physycal charcateristics of cities and the formation of its micro-climates. The study was conducted in the central area of Fortaleza characterized as a stable and consolidated area, where the city originated and currently faces serious problems in its urban dynamics. The points of measurements were determined by the elaboration and analysis of topography maps, height of buildings, land use, type of surface coating and vegetation, following the methodology of Katzschner (1997). A zoning map was then determined, according to common morphological characteristics of the 12 measurement points, which were based on a set of Romero s (2001) bioclimatic criteria. Air measurements, temperature, humidity, intensity and direction of winds were made in transect form in two different circuits in the study area, with six points of data collection in each area, in three different times: 6:00 am, 1:00pm and 7:00pm, during two periods of the year: August 2008 and March 2009. The results verified the influence of different environmental-physical types in the behavior of the climatic variables that were collected. A verticalização tão condenada em algumas situações se bem equilibrada e controlada pode reduzir as temperaturas do ar através do sombreamento dos espaços urbanos e possibilidade de maior permeabilidade a ventilação natural. The highest average air temperature and lower humidity were recorded at the point I at all times. This situation may have been in result of the high density, poor vegetation and extended paving of the ground. According to the results, it s clear the positive influence vegetation has on easing air temperature. Another indicator observed that areas with a greater variation in building heights tend to present decreased average air temperature. High rise structure, planned in accordance to urban air quality parameters, can reduce air temperatures by the shading of urban spaces and the possibility of greater penetration of natural ventilation

Influência da profundidade e dos parâmetros ambientais sobre o desenvolvimento de Gracilaria birdiae (Rhodophyta, Gracilariales) em viveiro de camarão

This study evaluates the influence of depth and environmental parameters on the development of Gracilaria birdiae Plastino & Oliveira (Gracilariaceae Rhodophyta) in an organic shrimp pound (Litopenaeus vannamei) under euthrophical conditions. PVC structures (module) witch four ropes laden with 150 g of macroalgae each, were kept during 35 days at three different depths (surface, 10 and 20 cm depth). Wet biomass weighing and environmental parameters (temperature, salinity, turbidity, pH, transparence, precipitation, evaporation, insolation, accumulated solar radiation, nitrite, nitrate, ammonium and orthophosphate) were measured weekly. At all three proposed depths, the macroalgae displayed a higher biomass at the end of experiment than at the initial inoculations. The module kept at a 10 cm depth presented the greatest average biomass (186,3), followed by that kept at 20 cm (180,4 g) and the surface module (169,9 g). Biomass variations showed algae to suffer the direct effects of depths. Biomass loss was associated with the factors that influence light penetration, such as sediment deposits above the thallus, rate of evaporation and precipitation. The smallest loses occurred in the algae kept on surface (0,16%), followed by the algae kept at 20 cm (0,20%) and 10 cm (0,22%). The specific growth rate (SGR) of G. birdiae showed no significant difference between the three depths nor the sample periods. Nevertheless, the modules kept at 10 and 20 cm depths presented similar growth evolution, both growing 0,38%·per day-1, while the module kept on surface had an average SGR of 0,36%·day-1. The models related to growth rate demonstrated temperature, salinity, pH, orthophosphate, ammonium, precipitation and turbidity as the principal environmental parameters influencing the development of G. birdiae

Análise da estrutura e transporte do zooplâncton no estuário do Rio Caravelas (Bahia-Brasil) através do uso do zooscan

Spatial-temporal dynamics of zooplankton in the Caravelas river estuary (Bahia, Brazil). The survey was conducted in order to describe the zooplankton community of the estuary Caravelas (Bahia, Brazil), to quantify and relate the patterns of horizontal and vertical transport with the type of tide (neap and spring) and tidal phase (flood and ebb). Zooplankton samples were collected with the aid of a suction pump (300L), filtered in plankton nets (300μm) and fixed in saline formalin 4%. Samples were collected at a fixed point (A1), near the mouth of the estuary, with samples taken at neap tides and spring tides during the dry and rainy seasons. Samples were collected for 13 hours, at intervals of 1 hour in 3 depths: surface, middle and bottom. Simultaneous collection of biological, we measured the current velocity, temperature and salinity of the water through CTD. In the laboratory, samples were selected for analysis in estereomicroscope, with 25 groups identified, with Copepoda getting the highest number of species. The 168 samples obtained from temporal samples were subsampled and processed on equipment ZooScan, with the aid of software ZooProcess at the end were generated 458.997 vingnettes. 8 taxa were identified automatically, with 16 classified as a semi-automatic. The group Copepoda, despite the limited taxonomic refinement ZooScan, obtained 2 genera and 1 species identified automatically. Among the seasons dry and wet groups Brachyura (zoea), Chaetognatha, and the Calanoid copepods (others), Temora spp., Oithona spp. and Euterpina acutifrons were those who had higher frequency of occurrence, appearing in more than 70% of the samples. Copepoda group showed the largest percentage of relative abundance in both seasons. There was no seasonal variation of total zooplankton, with an average density of 7826±4219 org.m-3 in the dry season, and 7959±3675 org.m-3 in the rainy season, neither between the types and phases of the tides, but seasonal differences were significant recorded for the main zooplankton groups. Vertical stratification was seen for the major zooplankton groups (Brachyura, Chaetognatha, Calanoida (other), Oithona spp, Temora spp. e Euterpina acutifrons). The scale of this stratification varied with the type (square or tide) and tidal phase (flood or ebb). The instantaneous transport was more influenced by current velocity, with higher values observed in spring tides to the total zooplankton, however, there was a variation of this pattern depending on the zooplankton group. According to the data import and export of total zooplankton, the outflow of organisms of the estuary was higher than the input. The results suggest that the estuary of Caravelas may influence the dynamics of organic matter to the adjacent coast, with possible consequences in National Marine Park of Abrolhos

Influência dos fatores abióticos sobre a variação espaço-temporal de paralonchurus brasiliensis (Steindachner, 1875) (pisces, sciaenidae) componente da fauna acompanhante da pesca de camarões no litoral Norte de São Paulo

Knowledge of the environmental factors influence on the spatial-temporal variation of fishes is important to fisheries management and conservation. Thus, the aim of this work was to analyze the influence of the abiotical factors on the spatial-temporal distribution of Paralonchurus brasiliensis (Pisces, Sciaenidae) caught by-catch with the shrimp fishing of Ubatuba and Caraguatatuba regions, north coast of São Paulo State. The fishes were captured every month from January to December 2002. Samples were collected by otter trawl at 5, 10, 15, 20, 25, 30 and 35m depths. The temperatures (surface and bottom), salinities (surface and bottom), sediment features and organic matters were verified for each depth. During all period of the study 12.642 specimens of P. brasiliensis were captured at Ubatuba and 17.166 at Caraguatatuba, which totalized the biomass of 267 for the first and 339kg for the other region. The females outnumbered males in fish population. The greatest values of biomass and number of individuals were registered at the summer and autumn seasons, while the lowest values were observed at the winter and spring seasons. The greatest abundances were found from 15 to 25m depth. In this study, it was verified that P. brasiliensis is a coastal waters associate species. The spatialtemporal distribution of P. brasiliensis is affected by intrusion of SACW and depth for the coastal region and by depth and sediment in sheltered areas such as Caraguatatuba

Utilização da macroalga Ulva lactuca linnaeus na redução de nutrientes (NH4+,NO3- e PO4-2) provenientes da carcinicultura

Dentre as macroalgas capazes de absorver altas concentrações de N e P dissolvidos na água, destaca-se a Chlorophyta Ulva lactuca, bastante adaptável e resistente às adversidades ambientais, como grandes variações de temperatura, salinidade, matéria orgânica e metais pesados. Trata-se também de uma espécie bastante comum nas áreas intertidais do litoral norte-riograndense. Devido a suas características ecológicas, fisiológicas e nutricionais, foi avaliado nesse estudo, o seu potencial como biofiltro na redução de NH4+, NO3- e PO4-2, tanto em condições controladas como também em um viveiro de camarão. No experimento laboratorial, foram utilizados quatro aquários de vidro de 30 x 20 x 20cm com 10L de água, sendo três aquários experimentais contendo 20g de U. lactuca e um controle. O acréscimo de biomassa foi de 2,92g (22,92 ± 6,29g; p < 0,05) em relação ao inóculo inicial de 20g, sob temperatura (28,50 ± 0,58ºC), salinidade (35,00 ± 0,00 ), pH (8,26 ± 0,02) e luz constante (250 μmol.m2s-1). O crescimento positivo (1,78 ± 4,38%dia-1; p < 0,05), juntamente com a alta eficiência de absorção de amônio (83%; p < 0,001), nitrato (83%; p < 0,001) e ortofosfato (53%; p < 0,001), demonstrou que, nessas condições, a Ulva lactuca absorveu os nutrientes e aumentou sua biomassa. Já no experimento de campo, realizado na fazenda TECNARÃO, situada no município de Arez/RN (06° 11 40 Latitude Sul, e 35º 09 37 Longitude Oeste), foram utilizadas três gaiolas de PVC, posicionadas a 12cm da superfície da água, cada uma com dimensões de aproximadamente 59 x 59 x 15cm, onde foram colocadas 200g de U. lactuca. O ganho de biomassa de 3g (203,00 ± 41,02g; p < 0,001) foi muito semelhante às condições controladas, demonstrando a adaptabilidade da espécie em condições ambientais variáveis, onde, apesar da temperatura pouco variável (27,45 ± 0,64ºC), houve progressiva diminuição de salinidade (25 - 15 ), devido ao período de fortes chuvas (34,70 ± 23,78mm). Somado a isso, foram observados vários fatores biológicos interferindo no viveiro, como a presença de epífitas, organismos endofíticos, fouling e a herbivoria por parte dos próprios camarões. Houve aumento nas concentrações de NH4+ (4,36 ± 1,69 μmol.L-1), NO3- (0,17 ± 0,25μmol.L-1) e PO4-2 (0,41 ± 0,13μmol.L-1), coincidindo com o crescimento da espécie até a terceira semana. Todos os parâmetros ambientais analisados, assim como a biomassa e a Taxa de Crescimento Relativo (TCR), obtidos no campo, apresentaram variações altamente significativas (p < 0,001). As correlações observadas entre biomasa e NH4+ (r = 0,82; p < 0,001) e entre biomassa e PO4-2 (r = 0,87; p < 0,001), indicam que esta espécie é capaz de ter um crescimento satisfatório nas condições eutróficas de um viveiro de camarão, sendo possível seu uso como biofiltro.

Estudo da adesão de pinos endodônticos modificados superficialmente por plasma de oxigênio

The work presents the effect of plasma treatment when applied in fibers or carbon/glass posts in the adhesion fiber/resin and posts/cement. This has for objective the modification of the surface of the fibers, as well as the wettability of the posts, seeking the improvement of the adhesion and of the connection fiber/resin in the processing of polymeric composites reinforced with the same ones. 120 posts (Reforpost) were used and 30 meters of fibers of carbon and of glass (Fibrex), of the company Angelus. The samples were divided in three groups of 40 specimens: GROUP I - 20 posts of glass fiber and 20 of carbon without treatment to it shapes, GROUP II -20 posts of glass fiber and 20 of carbon treated to it shapes in the surface and GROUP III - 20 posts of glass fiber and 20 of carbon make with fibers in natura after plasma treatment. The plasma treatment was accomplished with oxygen and with temperature in the camera fixed at 200°C, for one hour of exhibition. The posts and the fibers were characterized before and after the treatment. The wettability was measure by pendent drop method, and interface fiber/resin and posts/cement were observed by optical and electronic microscopy. It was observed that both wettability and texture were increased with plasma treatment

Avaliação do desempenho do aço D6 tratado termicamente e netretado em plasma com gaiola catódica visando aplicação industrial

In this research there was an evaluation of the best conditions of nitriding in plasma within a cathodic cage at an atmosphere of 80% N2-20%H2 in samples of tool manganese steel AISI D6, cold working, treated thermally in the following conditions: tension relief, treated thermally to temperature of maximum heat, temperate heat and temperate and temperate heat. A pressure of 2.5mbar and temperatures of 400 and 300ºC com treatment time of two and three hours were used to evaluate its performance as cutting tool (punch) of bicycle backs. Hardness, micro-structural aspects (layer thickness, interface, grain size etc), and crystal phases on the surface were appraised. When treated to tension relief, thermally treated to maximum heat temperature, temperature and temperate heat, the samples presented hardness levels of 243HV, 231HV, 832HV, and 653HV, respectively. The best nitrification conditions were: four hours and 300ºC for heat samples. A superficial hardness of 1000HV and a 108µm thickness for the nitrided layer were found in these samples

Avaliação do desempenho do aço AISI D2 tratado termicamente e nitretado em plasma com gaiola catódica visando aplicação industrial

In the research, steel samples tool AISI D2, treated thermally, in the conditions: relief of tension, when maximum, seasoned and seasoned was treated thermally in the temperature of revenimento and revenida had been nitrited in plasma with cathodic cage, in atmosphere of 80%N2:20%H2. One used pressure of 2,5 mbar, 400 and 480°C temperatures with treatment time of 3 and 4 hours, with the objective to evaluate its performance in pipes cut tool. It was compared that the performance of the same steel when only thermally treated, both with tension relief. It was evaluated its hardness. Microstructural aspects (the layer thickness, interface, graisn size, etc) and crystalline phases on the surface. Besides, it was verified accomplishment possibility of nitriding simultaneous to annealing treatment. The tempering samples had presented hardness levels of 600 HV, while in nitrited samples these values had been 1100 HV

Obtenção e caracterização de nanopartículas de argilominerais

Natural nanoclays are of great interest particularly for the production of polymer-based nanocomposites. In this work, kaolinite clays from two natural deposits in the State of the Rio Grande do Norte and Paraiba were purified with thermal treatment and chemical treatments, and characterized. Front to the gotten data, had been proposals methodologies for elimination or reduction of coarse particle texts, oxide of iron and organic substance. These methodologies had consisted of the combination of operations with thermal treatments, carried through in electric oven, and acid chemical attacks with and hydrogen peroxide. The Analyzers Thermogravimetric was used to examine the thermal stability of the nanoclays. The analysis indicated weight losses at temperatures under 110 ºC and over the temperature range of 350 to 550 ºC. Based on the thermal analysis data, the samples were submitted to a thermal treatment at 500 °C, for 8 h, to remove organic components. The X-ray diffraction patterns indicated that thermal treatment under 500 °C affect the basic structure of kaolinite. The BET surface area measurements ranged from 32 to 38 m2/g for clay samples with thermal treatment and from 36 to 53 m2/g for chemically treated samples. Thus, although the thermal treatment increased the surface area, through the removal of organic components, the effect was not significant and chemical treatment is more efficient, not affect the basic structure of kaolinite, to improve particle dispersion. SEM analysis confirms that the clay is agglomerated forming micron-size particles

Processamento e análise de imagens na caracterização da superfície do titânio submetido a um ensaio de cultura de células

This work aims to develop a methodology for analysis of images using overlapping, which assists in identification of microstructural features in areas of titanium, which may be associated with its biological response. That way, surfaces of titanium heat treated for 08 (eight) different ways have been subjected to a test culture of cells. It was a relationship between the grain, texture and shape of grains of surface of titanium (attacked) trying to relate to the process of proliferation and adhesion. We used an open source software for cell counting adhered to the surface of titanium. The juxtaposition of images before and after cell culture was obtained with the aid of micro-hardness of impressions made on the surface of samples. From this image where there is overlap, it is possible to study a possible relationship between cell growth with microstructural characteristics of the surface of titanium. This methodology was efficient to describe a set of procedures that are useful in the analysis of surfaces of titanium subjected to a culture of cells

Adição de cascalho de perfuração da bacia potiguar em argilas para uso em materiais cerâmicos: influência da concentração e temperatura de queima.

One of waste produced on large scale during the well drilling is the gravel drilling. There are techniques for the treatment of the same, but there isn t consensus on what are the best in terms of economic and environmental. One alternative for disposal of this waste and objective of this paper is the incorporation and immobilization of gravel clay matrix to assess their technological properties. The Raw Materials used were characterized by the following techniques: Chemical Analysis by X-ray fluorescence (XRF), mineralogical analysis by X-ray Diffraction (XRD), Grain Size Analysis (FA) and Thermal Analysis by Thermogravimetry (TG) and thermodiferential (DTA). After characterizing, samples were formulated in the following percentages: 0, 5, 10, 15, 25, 50, 75, 100% (weight) of gravel drilling, then the pieces were pressed, dried (110 ° C) and sintered at temperatures of 850, 950 and 1050 ° C. After sintering, samples were tested for water absorption, linear shrinkage, flexural strength, porosity, density, XRD and test color. The results concluded that the incorporation of gravel drilling is a viable possibility for solid masonry bricks and ceramic blocks manufacture at concentrations and firing temperature described here. Residue incorporation reduces an environmental problem, the cost of raw materials for manufacture of ceramic products