01 - Doutorado - Engenharia Civil

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Tratamento de águas para abastecimento em instalação piloto de filtração por membranas visando a separação de atrazina, simazina, 17ß-estradiol e microcistinas
(2022-01-14) Galvão, Renan Borelli; Kuroda, Emília Kiyomi; Di Bernardo, Luiz; Costanzi, Ricardo Nagamine; Hirooka, Elisa Yoko; Fernandes, Fernando
Ao longo do século XX e início do século XXI, o aumento acelerado das atividades antrópicas exerceu grande pressão sobre os recursos hídricos, promovendo a degradação da qualidade dos corpos d’água. Dentre os diversos tipos de poluentes, a classe dos contaminantes emergentes inclui agrotóxicos, fármacos, hormônios, toxinas de algas e cianobactérias, entre outros. A maior comercialização de produtos contendo esses compostos, em função do aumento da produtividade agrícola e da automedicação, pode causar a contaminação de mananciais de abastecimento. De difícil degradação química e biológica, são conhecidos por serem persistentes e bioacumuladores e o tratamento de água por técnicas convencionais, como o ciclo completo, não é capaz de efetivamente removê-los. Nesse contexto, a filtração por membranas, que consiste primariamente em um processo de retenção física de partículas, é uma técnica promissora na separação de contaminantes orgânicos presentes em águas. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar o desempenho da filtração por membranas para a separação dos contaminantes atrazina – ATZ, simazina – SMZ, 17ß-estradiol – E2 e microcistinas – MCs, aplicando-a em escala piloto como uma alternativa: (i) ao ciclo completo – Experimentos C2, a partir da filtração de água bruta de manancial em membranas de Microfiltração – MF, Nanofiltração – NF e Osmose Inversa – OI; (ii) à filtração em meio granular – Experimentos C3, a partir da filtração de água decantada de Estação de Tratamento de Água – ETA em membranas de MF, NF e OI; e (iii) como pós-tratamento – Experimentos C4, a partir da filtração em membranas de NF e OI de água filtrada de ETA. Foram adotadas pressões de alimentação de 0,3; 5,0 e 7,5 bar para MF, NF e OI, respectivamente, e duração de 5 ou 10 horas. As porcentagens de remoção obtidas pela técnica de ciclo completo foram de apenas 38,0; 5,0; 44,2 e 34,1% para ATZ, SMZ, E2 e MCs, respectivamente, o que comprova a limitada eficiência do tratamento convencional e a necessidade de tratamento complementar para a produção de água potável. A técnica de filtração em membrana de MF seguida por NF ou OI foi eficiente como alternativa tanto ao ciclo completo como para a filtração em meio granular, resultando em porcentagens de remoção médias para todos os contaminantes: (i) acima de 98,2% para o Experimento C2-NF; (ii) acima de 98,3% para o Experimento C3-NF; (iii) acima de 99,6% para o Experimento C2-OI; e (iv) acima de 99,5% para o Experimento C3-OI. A filtração em membrana de NF e OI como alternativa técnica de pós-tratamento também apresentou elevada eficiência de remoção dos contaminantes de estudo (>98,9% para o Experimento C4-NF e >99,6% para Experimento C4-OI), tendo o permeado do Experimento C4-OI apresentado a melhor qualidade dentre todas as condições analisadas, com concentrações residuais de 0,08 e 0,11 µg L- 1 para ATZ e SMZ e inferiores a 2,9 ng L-1 para E2 e 3,6 ng L-1 para MCs
Materiais cimentícios suplementares desenvolvidos com Metacaulim e HPMC para impressão 3D: influência nos aspectos de extrudabilidade e construtibilidade
(2023-04-06) Silva, Lívia Fernanda; Toralles, Berenice Martins; Petrucci, Aron Lopes; Librelotto, Lisiane Ilha; Vicente Júnior, Nério; Gettu, Ravindra; Rezende, Luciana Cristina Soto Herek
A construção civil vem sofrendo transformações por meio do emprego de ferramentas e processos capazes de impulsionar o setor, tais como o da manufatura aditiva (MA). A impressão 3D é um modelo de (MA) que apresentou crescimento considerável nos últimos anos, sendo que para a difusão desta tecnologia alguns desafios devem ser sanados, dentre eles o desenvolvimento de materiais cimentícios considerados extrudáveis, construtivos e sustentáveis. Dentre as adições utilizadas, o metacaulim (MC) é considerado promissor por promover a construtibilidade e potencializar as propriedades mecânicas. Assim, esta tese teve como objetivo analisar os efeitos de materiais cimentícios desenvolvidos para impressão 3D com adição de (MC) nas porcentagens de 0%, 5%, 10% e 30% em substituição a massa de cimento e adição de 0,3% de aditivo químico hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) quanto aos aspectos de extrudabilidade, construtibilidade e propriedades mecânicas. Para isso, a Campanha Experimental desta pesquisa foi dividida em quatro Estudos, sendo o estudo A relacionado aos ensaios de consistência normal, início e fim de pega e retenção de água e os Estudos B, C e D relacionados aos ensaios de extrudabilidade, construtibilidade e propriedades mecânicas por meio da extrusão de materiais cimentícios em impressora 3D de bancada, com vazão constante de 2,46 L/min, velocidade de 50 mm/s e volume do misturador de 90 Litros. Os resultados obtidos demonstraram que todos os materiais cimentícios foram considerados extrudáveis, com camadas contínuas, bordas visíveis e com coeficientes de variação (CV) referentes as larguras das camadas menores que 10%, em que se constatou uma baixa variabilidade e potencial construtivo. Em relação a construtibilidade foi possível a sobreposição de até quatro camadas continuas com comprimentos de 1600 mm e de 2400 mm em aproximadamente 1 hora, em que foram observados maior predominância de vincos nos materiais cimentícios conforme o aumento de (MC). O aumento da porcentagem de (MC) nos materiais cimentícios ocasionou menores resultados de deformações nas camadas. Com os resultados de propriedades mecânicas foi possível concluir que a maior porcentagem de (MC) aumentou a resistência à tração na flexão, de compressão e aderência entre camadas. E que menores resultados de resistência a tração na flexão e de aderência entre camadas foram obtidos para o material cimentício com maior predominância de umidade superficial. Conclui-se que a adição de (MC) e de HPMC promoveu misturas cimentícias extrudáveis, construtivas e sustentáveis, sendo consideradas promissoras para serem aplicados a impressão 3D
Autocicatrização de materiais cimentícios com escória de alto-forno e ativador alcalino
(2022-06-01) Gonçalves Junior, Adilson Aparecido; Toralles, Berenice Martins; Urbano, Alexandre; Martins, Carlos Humberto; Castro, Alessandra Lorenzetti de; Santos, Karyne Ferreira dos; Vanderlei, Romel Dias
O concreto é o material da construção civil mais utilizado pelo homem. Diante de desafios referentes à durabilidade, relacionados principalmente à formação de fissuras, há um crescente número de estudos investigando a autocicatrização (fechamento de fissuras), sendo este fenômeno ainda não tão bem compreendido. Assim, o presente trabalho teve por objetivo investigar o potencial de contribuição de uma escória de alto-forno (BFS) ativada com Ca(OH)2 no processo de autocicatrização autógena. A pesquisa foi dividida em duas fases ([I] e [II]). A Fase [I] é dedicada ao estudo do fechamento de poros, e serviu de subsídio para tomada de decisão na Fase [II], em que se estudou a autocicatrização. Na Fase [I] foram empregadas 4 misturas: Ref (cimento Portland e areia), S5, S7 e S9, com 50, 75 e 90% de cimento substituído por BFS. Na Fase [II] manteve-se Ref e S9 (selecionada na Fase [I]), e introduziu-se S9_5 e S9_10, com 5 e 10% de Ca(OH)2. As condições de cura foram intermitente (seco/molhado) e submersa (Fase [II]). Na Fase [I] realizaram-se análises da porosidade (absorção de água; porosimetria por intrusão de mercúrio (PIM); microtomografia (µCT); e técnica de excitação por impulso), de resistência à compressão, de difração de Raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura com microanálise por energia dispersiva (MEV/EDS). Na Fase [II] empregaram-se as técnicas de µCT, microscopia digital, excitação por impulso, DRX, MEV/EDS e resistência à compressão. As idades de referências foram 28, 112 e 196 dias. Na Fase [I] constatou-se que com o acréscimo de BFS ocorreu o aumento da porosidade total e a redução da dimensão (diâmetro) dos poros. As taxas de redução da porosidade total da matriz cimentícia no tempo aumentaram com o aumento da quantidade de BFS, em decorrência da maior precipitação de CaCO3, constatadas por DRX, e por reações tardias. A resistência mecânica reduziu com o acréscimo de BFS, e houve redução da quantidade de Ca(OH)2. Na Fase [II] constatou-se que as misturas demonstraram maior potencial de autocicatrização para a condição submersa. Pela microscopia digital, S9 e Ref apresentaram o maior potencial aparente de autocicatrização na superfície, fechando fissuras de até 0,144 e 0,134 mm, respectivamente. A MEV mostrou que Ref teve um fechamento mais efetivo da fissura, com contribuições principalmente do CaCO3, enquanto as misturas com BFS, mesmo S9 na condição submersa, apresentaram planos sobrepostos (em diferentes profundidades) de silicatos, aluminatos e CaCO3. Para a condição submersa, dos 112 aos 196 dias, as misturas com BFS demonstraram maior capacidade de redução do volume da fissura e, em particular S9_10, que se destacou das demais, efeito motivado pela hidratação tardia da BFS ativada pelo Ca(OH)2. Embora a BFS tenha contribuído para perdas de resistência, em termos de estrutura porosa é viável o uso de 90% de BFS. A introdução de Ca(OH)2 contribuiu para o aumento de resistência e redução da porosidade, de modo que S9_10 é um material cimentício que merece atenção quanto ao seu potencial autocicatrizante em condições submersas
Estabilidade de taludes em solo argiloso não saturado considerando o efeito da variação pluviométrica
(2021-04-23) Pelaquim, Flávia Gonçalves Pissinati; Teixeira, Raquel Souza; Vilar, Orêncio Monje; Machado, Sandro Lemos; Teixeira, Sidnei Helder Cardoso; Gutierrez, Nelci Helena Maia; Branco, Carlos José Marques da Costa
Apesar da compreensão dos principais mecanismos de instabilização de maciços terrosos não saturados, na prática corrente das análises de estabilidade de taludes os projetistas partem de condições de contorno simplificadas, nas quais negligenciam, principalmente, a influência da variação da sucção do solo com o regime pluviométrico regional, ao longo da vida útil da obra. A infiltração da água da chuva no solo tende a diminuir ou até mesmo anular a pressão negativa da água intersticial, alterando os parâmetros de resistência e condutividade hidráulica do solo. O presente trabalho pretendeu avaliar a estabilidade de taludes de solo argiloso característico do estrato superior não saturado do perfil geotécnico característico da cidade de Londrina/PR considerando o efeito da variação pluviométrica. Foram determinadas as propriedades do solo, utilizando ensaios de campo e laboratório, dentre eles porosimetria, curvas características solo água (CCSA), permeabilidade e resistência ao cisalhamento, para amostras indeformadas e compactadas. Após a caracterização, dois tipos de simulações foram realizados: uma com análises de taludes hipotéticos e outra com uma retroanálise de um talude real. A modelagem numérica (análises da infiltração da água da chuva e da estabilidade de talude) foi realizada por meio dos pacotes SEEP/W e SLOPE/W, do programa GeoStudio® (versão 2018), utilizando os regimes pluviométricos locais anteriores a escorregamentos documentados. Para a etapa de análises, partiu-se de inclinações 2:1 e 3:1, sob as condições indeformada e compactada, cujas geometrias eram similares às de taludes escorregados na região após um período pluviométrico crítico (fevereiro de 2015 a janeiro de 2016). Foi verificada maior variação no perfil de distribuição de poropressão ao longo do tempo apenas para o corpo do talude composto por solo indeformado. Para o solo indeformado o perfil com menores valores de poropressão, bem como os menores fatores de segurança (FS), ocorreu dias após o maior evento pluviométrico evidenciado no período. Destaca-se que, independentemente da inclinação, para a maior parte do tempo os taludes de solo indeformado permaneceram instáveis. Constatou-se que os escorregamentos dos taludes que serviram de modelo inicial para as simulações com solo indeformado in loco foram postergados por fatores externos, tais como, estabilização com gramíneas ou impermeabilização da crista. Para os taludes compactados todos os valores de FS permaneceram acima de 1,5. Para este tipo de talude fatores diferentes dos simulados devem ter contribuído para sua ruptura, sendo possível a má execução da extremidade do aterro ou influência da sobrecarga devido à alguma edificação. Para a segunda etapa, a retroanálise, partiu-se de um talude real escorregado após um período de incidência de precipitação. Foram definidos os parâmetros de resistência das camadas de solo presentes no estrato superior do perfil e simulada a estabilidade do talude frente a variação da sucção com a precipitação do ano antecedente ao escorregamento (fevereiro de 2009 a dezembro de 2009). Os parâmetros adotados por retroanálise para a camada superior do solo de Londrina/PR foram semelhantes ao obtido pelos ensaios laboratoriais. A partir da variação da poropressão ao longo do tempo foi evidenciado que o talude estava na iminência de ruptura durante todo o período, sendo o escorregamento deflagrado pelo volume de água acumulado no período. Por fim, concluiu-se que as avaliações de estabilidade do modo como são realizadas atualmente podem ser aprimoradas com um conjunto de dados mais amplo para que se refine a análise de toda a vida útil do talude, ampliando os requisitos e a própria segurança nas obras envolvendo a estabilidade de taludes
Efluente e lodo gerado em processo Fenton como pós-tratamento de lixiviado maduro de aterro sanitário
(2021-08-12) Rodrigues, Caio Victor Lourenço; Lopes, Deize Dias; Fernandes, Fernando; Almeida, Lucio Cesar de; Leite, Valderi Duarte; Teixeira, Raquel Souza
Lixiviados oriundos de aterros sanitários, com fração orgânica em estágio metanogênico de degradação, possuem elevada concentração de matéria orgânica recalcitrante, que pode ser removida por Processos Oxidativos Avançados (POAs). O processo Fenton, quando comparado a outros processos de tratamento, pode apresentar menor custo e maior facilidade de operação, entretanto, a geração de lodo é sua principal desvantagem. O objetivo deste trabalho foi avaliar, a partir da remoção da matéria orgânica e das características do lodo gerado, a aplicação do processo Fenton em lixiviado maduro. Os ensaios foram realizados em escala de bancada e divididos em quatro etapas, em função dos planejamentos experimentais determinados. O lixiviado foi coletado na Central de Tratamento de Resíduos Sólidos (CTR) do município de Londrina/PR e foi utilizado para alimentar o sistema experimental, combinado por processo biológico seguido da aplicação do processo Fenton. A Etapa I foi exploratória e subsidiou o desenvolvimento dos planejamentos fatoriais completo e fracionário, respectivamente das Etapas II e III. Os fatores (variáveis independentes) analisados foram: [H2O2], [H2O2]/[Fe2+], tempo de reação e pH inicial. Por fim, na Etapa IV foram realizados ensaios complementares de UV-Vis (radiação ultravioleta visível), FTIR (Infravermelho com transformada de Fourier) e de toxicidade por bioindicador (Allium Cepa). As variáveis respostas (dependentes) utilizadas foram a remoção global e por oxidação da matéria orgânica e algumas características do lodo produzido. A maior remoção global média foi de 86,8% obtida com as seguintes condições: [H2O2]=480 mM, [H2O2]/[Fe2+]=20, 120 minutos de reação e pH inicial 2,0, no entanto, obteve-se elevada produção de lodo (28,5% v/v). A partir dos ensaios realizados foi possível estabelecer dois conjuntos de condições para remoção global de matéria orgânica superior a 60%: i) pH 2,0 com maior participação da oxidação; ii) pH entre 5,8 a 8,0 com maior dosagem dos reagentes ([H2O2]=380 a 580 mM; [Fe2+]=24 a 80 mM) e com tempo de reação entre 90 a 150 minutos. Destaca-se a última condição, por apresentar vantagens na aplicação do processo Fenton em escala real e com custo preliminar de operação entre R$ 203,57 a R$ 249,22 para cada m³ de lixiviado tratado, similar ao custo do primeiro grupo (R$ 203,48.) As análises espectrofotométricas do lixiviado ao longo do sistema de tratamento indicaram a remoção de compostos aromáticos, com a redução de ABS254 em até 90%. Os bioindicadores apontaram a redução da toxicidade do lixiviado ao longo do sistema de tratamento. Por fim, concluiu-se que o sistema experimental combinando processo biológico aeróbio e processo Fenton demostrou ser eficiente na remoção de N-amoniacal e matéria orgânica recalcitrante, além disso, modelos preditivos para determinação da dosagem dos reagentes devem ser evitados em função da complexidade da matriz do lixiviado
Proposta de um sistema de indicadores de desempenho para a gestão da manutenção de edificações públicas
(2021-08-02) Leite, Francisco Cláudio Morato; Saffaro, Fernanda Aranha; Hirota, Ercília Hitomi; Roman, Humberto Ramos; Brandstetter, Maria Carolina de Oliveira; Ferreira, José Ângelo
Os ambientes construídos mantidos em condições satisfatórias impactam de maneira positiva no desempenho das organizações que os utilizam. Em vista disso, a manutenção de edificações assume importância estratégica em organizações suportadas por portfólios complexos de edifícios, como é o caso das universidades. No entanto, não se dispõe sistemas de indicadores que subsidiem os gestores com relação à medição dos diferentes fatores que impactam no desempenho da gestão da manutenção de edificações. O estudo tem como objetivo principal desenvolver um sistema de indicadores interligados para medir o desempenho da gestão da manutenção de edificações e seus resultados, com ênfase nas instituições de ensino superior públicas. O desenvolvimento científico e técnico no ambiente de manutenção da indústria manufatureira forneceu a base de conhecimento teórico e a experiência necessária que propiciou desenvolver uma solução satisfatória para o problema da tese. Para atingir o objetivo proposto, a pesquisa foi estruturada em duas etapas. A primeira etapa compreendeu a construção do sistema de indicadores de desempenho, dividida em: a composição teórica do sistema; a concepção da sua arquitetura; e a seleção dos indicadores. A segunda etapa correspondeu a avaliação da facilidade de uso do sistema construído, que também forneceu o feedback para o seu aperfeiçoamento, até que fosse finalmente gerado o sistema de indicadores de desempenho, expresso num quadro sinótico
Caracterização de compósito de matriz epóxi reforçada por fibra unidirecional de Dracaena trifasciata para uso estrutural
(2024-03-27) Minillo, Larissa Queiroz; Ortenzi Junior, Altibano; Christoforo, André Luis; Vieira, Delia do Carmo; Carvalho, Jonas de; Panzera, Túlio Hallak
Este trabalho investiga a fabricação e a caracterização de compósitos poliméricos reforçados com fibras lignocelulósicas, com o objetivo de criar materiais compósitos com propriedades mecânicas e físicas otimizadas para aplicações estruturais. O impulso para este estudo decorre da crescente necessidade de materiais ambientalmente amigáveis que combinem eficiência mecânica e baixa densidade. O foco central da pesquisa foi a utilização de fibras de Dracaena trifasciata (DT) como reforço em matrizes de resina epóxi. A escolha da fibra dessa planta é uma alternativa inovadora, considerando sua resistência, baixa densidade e fácil plantio, haja vista que essa planta é cultivada em várias regiões do país e resistente a condições adversas de crescimento. O estudo aborda um método de fabricação por infusão a vácuo de compósitos reforçados por fibra de DT unidirecional. Os compósitos foram testados na tração e na flexão com as fibras orientadas a 0° e a 90°. As análises mostraram que o compósito DT/epóxi com fibras orientadas a 0° apresentaram boa resistência à tração e módulo de elasticidade elevado quando comparado à sua matriz pura. Já para fibras orientadas a 90°, o módulo se manteve, e a resistência apresentou declínio. O coeficiente de Poisson demonstrou um compósito anisotrópico. Os resultados da flexão mostraram que o compósito se comporta de maneira parecida a outros materiais naturais como madeira, com relação entre módulo de elasticidade longitudinal e transversal em 1:8, e o coeficiente de Poisson para esse ensaio apresentou diferença significativa, assim como o esperado. O material estudado pode ser alternativa viável a compósitos convencionais em várias aplicações, especialmente onde baixa densidade e resistência são fundamentais.
Realidade Estendida na construção civil: método para capacitação de estudantes de engenharia civil no gerenciamento de perdas não-físicas no canteiro de obras
(2024-02-27) Lucena, Arthur Felipe Echs; Ortenzi, Altibano; Lantelme, Elvira Maria Vieira; Mori, Luci Mercedes De; Santos, Débora de Gois; Medeiros Filho, Dante Alves; Fazinga, Wanessa Roberta
O ensino de gestão de perdas não-físicas presentes em canteiros de obras enfrenta desafios emergentes no contexto da educação em engenharia. Tecnologias como as contidas no espectro da realidade estendida se mostram como uma alternativa promissora para contribuir com esse tema, mas a literatura carece de diretrizes mais claras sobre como devem ser desenvolvidas ferramentas com essas tecnologias para contribuir nesse contexto. Nesse sentido, o presente estudo objetivou discutir as características desejáveis para o desenvolvimento de inovações que contribuam para a capacitação de estudantes de engenharia civil em relação à identificação e gestão de perdas não-físicas em canteiros de obras da construção civil, por meio do uso de recursos tecnológicos de Realidade Estendida. Para isso, a pesquisa foi estruturada como uma Design Science Research. O problema foi investigado por meio de entrevistas com o público-alvo. Em seguida, desenvolveu-se o GerenciObras, uma ferramenta de capacitação, que foi submetida à avaliação do público-alvo. No experimento realizado, não foram identificadas evidências de que a ferramenta desenvolvida, juntamente com seu método intrínseco de desenvolvimento, tenha promovido a aquisição ou retenção de conhecimento além do que seria obtido em aulas teóricas convencionais. No entanto, observou-se que ainda assim a ferramenta recebeu avaliações positivas e foi recomendada pelos alunos participantes para ser utilizada no contexto educacional. Indica-se, assim, que tais ferramentas contribuem para transformar o processo de ensino-aprendizado em um momento mais prazeroso e motivador aos alunos. Os resultados obtidos se limitam às características da ferramenta desenvolvida e contexto do experimento realizado, recomendando-se que novos estudos semelhantes sejam feitos para que seus resultados sejam comparados com os achados deste trabalho.
Benchmarking energético de edificações escolares do município de Londrina: uma abordagem top-down
(2024-08-12) Arrebola, Camila Lima Chechin Camacho; Giglio, Thalita Gorban Ferreira; Atem, Camila Gregório; Lukiantchuki, Marieli Azoia; Carlo, Joyce Correna; Souza, Roberta Vieira Gonçalves de
Com o desenvolvimento das atividades humanas, as cidades passaram a ampliar o seu consumo de energia elétrica e os impactos de seu uso vêm causando mudanças no clima. Esse aumento está atrelado à necessidade de criar meios adequados de conforto nos espaços construídos. Em todo mundo, diversas foram as estratégias para proporcionar ambientes com uso adequado de energia, associado à qualidade ambiental. Nos edifícios escolares tem-se a oportunidade de realizar estudos direcionados para a eficiência energética, pois constituem contextos formadores da sociedade. Portanto, investigou-se a totalidade do parque imobiliário gerido pela Secretaria Municipal de Educação de Londrina-PR, levando em consideração que esse setor foi o maior consumidor de energia elétrica entre todas as secretarias municipais, a partir de 2018. A pesquisa gera singularidade ao propor um método estatístico de benchmarking energético, em abordagem top-down, com a utilização do software TS-Sisreg® - Sistema de Regressão Múltipla. A proposta é direcionada as edificações com base em dados históricos de consumo de energia elétrica, características construtivas, uso e ocupação, do ano de 2022. A metodologia empregada foi estruturada em quatro etapas: a construção de um banco de dados reais; a análise e tratamento de dados; a validação do modelo de benchmarking energético; e a classificação de desempenho energético dos edifícios, a qual permitiu a hierarquização energética das edificações escolares públicas. Foram definidas como variável dependente o consumo anual de energia elétrica e independentes a área construída, existência de quadra coberta, área do terreno, densidade ocupacional e horas de ocupação. Com base nestes dados, definiu-se a equação preditiva com a utilização do modelo de regressão linear múltipla, possibilitando a classificação das unidades escolares em dois indicadores energéticos (EUIs), consumo por área (kWh/m²/ano) e consumo por usuário (kWh/usuário/ano). O processo foi gerado com a realização da classificação de A à E referente aos EUIs, nas quais os edifícios ficaram categorizados como: A, eficiente; B, C e D típicos; e E, ineficiente. O desempenho energético por área das edificações para os valores calculados está no intervalo de 7,51 a 47,77 kWh/m²/ano e os observados estão entre 3,31 e 47,94 kWh/m²/ano. Em relação aos EUIs para usuário por ano, os valores estão entre 13,56 e 125,40 kWh/usuário/ano para o calculado e 16,56 a 147,68 kWh/usuário/ano em relação ao observado. Ao interpretar o contexto do estudo realizado no parque escolar sugere-se que a metodologia proposta tem potencial de replicação em outras realidades correlatas. Tem-se como expectativa de que esta abordagem seja uma ferramenta para a sistematização de análises energéticas contínuas, incentivando a cultura do bom uso dos recursos disponíveis, e a proposição de retrofits em estudos futuros, visto que ele permite ser adaptado a outras realidades escolares.
Influência da adição de bactérias isoladas de caverna no fechamento de poros e fissuras em materiais cimentícios
(2021-12-14) Cezario, Nicole Schwantes; Toralles, Berenice Martins; Oliveira Júnior, Admilton Gonçalves de; Florian, Márcio; Klein, Nayara Soares; Repette, Wellington Longuini
Os materiais de base cimentícia são utilizados na construção civil por apresentarem bom desempenho mecânico e durabilidade. Porém esses materiais podem apresentar manifestações patológicas, sendo a fissuração uma das mais frequentes. Fissuras de até 0,4 mm são previstas no dimensionamento de estruturas de concreto, porém, com o tempo, estas podem levar à diminuição da vida útil desses materiais e acelerar sua degradação. Buscando minimizar este problema, bactérias precipitadoras de cristais de carbonato de cálcio (CaCO3) começaram a ser aplicadas em materiais cimentícios para a autocicatrização de fissuras, evitando sua deterioração precoce e protegendo-os não apenas dos desgastes sofridos pela entrada de água, mas também por outras substâncias prejudiciais. Diferentes microrganismos capazes de precipitar cristais de CaCO3 precisam ser estudados, dentre os quais destacam-se as bactérias isoladas das cavernas. O presente trabalho tem como objetivo avaliar o fechamento de poros e a autocicatrização de fissuras em materiais cimentícios mediante a precipitação de CaCO3 promovida pela adição de bactérias isoladas de caverna, assim como a influência da condição de exposição no potencial de atuação destes microrganismos. Para atingir esse objetivo, o estudo foi dividido em três campanhas experimentais. Na primeira, buscou-se selecionar uma bactéria com maior potencial de precipitação de CaCO3, e assim com maior capacidade de autocicatrização. Na segunda campanha a bactéria selecionada foi testada em diferentes concentrações, em argamassas de traço 1:3 e relação água/cimento (a/c) de 0,54, buscando a concentração ideal para aplicação em materiais cimentícios. Por fim, a bactéria selecionada na concentração ideal foi aplicada novamente em argamassas de mesmo traço, com a adição de lactato de cálcio, sendo então submetidas a diferentes condições de exposição para a análise do fechamento de poros, autocicatrização e tratamento de superfície de fissuras. Com os resultados obtidos, verificou-se que a bactéria isolada CV16, identificada como B. subtilis, apresentou maior potencial de precipitação de CaCO3 e, por esse motivo, foi selecionada para aplicação nas demais etapas experimentais, sendo então liofilizada para facilitar sua aplicação. Com relação à concentração a ser aplicada verificou-se um maior fechamento de fissura com a adição da concentração de 107 células/mL na água de amassamento, sendo que esta concentração não apresentou prejuízos às propriedades mecânicas do material, sendo então selecionada para a última etapa. Na terceira campanha experimental, verificou-se que a adição dos esporos não foi prejudicial a resistência à compressão e não acelerou a carbonatação em amostras bipartidas. Com relação às condições de exposição, observou-se que a presença de água é fundamental para potencializar a autocicatrização. Os cristais precipitados foram de calcita, varita e aragonita, de acordo com a análise em MEV e DRX. Desta forma, concluiu-se que a bactéria B. subtilis isolado CV16 pode atuar na autocicatrização de fissuras em locais em contato com água, assim como pode ser aplicada em edificações existentes no tratamento de superfície de fissuras
Influência da adição de resíduo lignocelulósico no desempenho da digestão anaeróbia de resíduos alimentares
(2021-07-22) Borth, Priscila Liane Biesdorf; Fernandes, Fernando; Castilhos Junior, Armando Borges de; Lopes, Deize Dias; Aisse, Miguel Mansur; Costa, Monica Sarolli Silva M.
A digestão anaeróbia é uma das alternativas para o tratamento de resíduos orgânicos, que pode gerar o biogás para fins energéticos e auxiliar na diminuição do volume de resíduos orgânicos encaminhados para aterros sanitários. Neste sentido, este trabalho tem como objetivo avaliar a influência da adição de resíduo de poda de grama – RPG no desempenho da digestão anaeróbia de resíduo alimentar de um restaurante universitário - RRU. O trabalho dividiu-se em duas etapas experimentais. Primeiramente (etapa I), foi realizado um experimento em escala de bancada, por meio do ensaio do potencial bioquímico de metano – BMP, no qual buscou-se determinar as condições ideais para aplicação em escala piloto. Foram variadas as proporções inóculo:substrato – I:S, o teor de sólidos totais voláteis – STV da mistura e o tipo de substrato (RRU; RRU+RPG e RRU+RPGt). Posteriormente (etapa II), foi conduzido um experimento com biodigestores em escala piloto com volume total de 500 L, operados de modo semi-contínuo com foco em análises do efluente e do biogás gerados, o qual foi dividido em 6 fases (II-A, II-B, II-C, II-D, II-E e II-F), de acordo com a carga orgânica volumétrica – COV aplicada. A análise fatorial aplicada aos resultados do experimento de BMP, indicou que as condições com proporção I:S de 1:1 com maior teor de STV e apenas RRU atingiram as maiores produções de metano. Esta combinação resultou em 509 NmL de CH4 e 159 NmLCH4 gSTV-1 de produção acumulada e específica, respectivamente. No experimento em escala piloto, obteve-se dificuldade na manutenção de um processo estável, sendo necessária a adição de alcalinizante e aplicação de baixa COV. Na fase II-C, com COV mantida em 0,24 kgSTV m-3d-1 houve uma remoção média para o Reator A (alimentado com RRU) de 36% de STV e produção de biogás e metano com média de 17 L d-1 e 43% de CH4. Por sua vez, o Reator B (RRU+RPG) apresentou em média 73% de remoção de STV, produção de 86 L d-1 de biogás e 67% de CH4. O co-tratamento de RRU e RPG em escala piloto, resultou em melhor desempenho na digestão anaeróbia, contudo mesmo neste caso, houve dificuldades no incremento da COV. As imagens de MEV das partículas de RPG, indicaram que estas serviram como meio suporte aos microrganismos, os quais se fixaram de diferentes formas ao substrato, formando biofilmes. A análise da comunidade microbiana (bactérias e arqueas) presente nos reatores, indicou que nas 3 amostras analisadas (Reator A Fase II-C; Reator B fases II-C e II-F) houve diferença na diversidade e abundância dos microrganismos presentes
Valorização energética dos resíduos do processamento da mandioca em sistema anaeróbio operado em duas fases com imobilização celular em material lignocelulósico
(2022-04-11) Bolonhesi, Isabela Bruna de Tavares Machado; Lopes, Deize Dias; Rodrigues, José Alberto Domingues; Fuess, Lucas Tadeu; Zaiat, Marcelo; Gomes, Simone Damasceno; Andreani, Cristiane Lurdes
Esse estudo teve como objetivo avaliar a digestão anaeróbia em duas fases da água residuária de fecularia de mandioca (ARFM) em reatores anaeróbios operados em bateladas sequenciais com biomassa imobilizada (AnSBBR) na rama de mandioca. Para favorecer a adesão dos microrganismos, a rama de mandioca foi submetida à hidrólise ácida e a vapor. O pré-tratamento por hidrólise ácida foi selecionado para a preparação da rama na imobilização celular dos reatores acidogênico e metanogênico. No reator acidogênico, alimentado com a ARFM (concentração afluente fixa em 5gCarb L-1), foram avaliadas duas condições operacionais, nas quais foram contemplados o aumento da carga orgânica volumétrica (COV, de 11 para 15 gCarb L-1d-1) atrelado à diminuição do tempo de ciclo (TC, de 4 para 3 h). O reator metanogênico foi alimentado com o efluente do reator acidogênico (concentração afluente fixa em 5gDQO L-1). Seu desempenho foi avaliado em função do aumento da COV (4; 8; 12; 16 gDQO L-1d-1) com a redução do TC (24; 12; 8 e 6 h). Para otimizar a produção de metano, adicionalmente, foram realizados testes em bateladas considerando a adição de diferentes concentrações de biocarvão (0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 e 6,0 g L-1). A dosagem que apresentou o melhor resultado, em termos de produção de metano, foi posteriormente adicionada ao reator metanogênico. Nessa etapa, o comportamento do AnSBBR metanogênico foi novamente avaliado quanto ao aumento da COV (8; 12; 16 gDQO L-1d-1) e a diminuição do TC (12; 8 e 6 h). Verificou-se que o tratamento das ramas de mandioca via hidrólise ácida apresentou as melhores eficiências de conversão da estrutura lignocelulósica em celulose (50%) e conversão de carboidratos (97%), sendo utilizada na imobilização celular dos reatores acidogênico e metanogênico. O reator acidogênico apresentou produção volumétrica de hidrogênio e rendimento máximos de 1,48 LH2 L- 1d-1 e 1,98 molH2 kg- 1Carb (COV 15 gCarb L-1d-1 e TC de 3 h), com predominância de microrganismos produtores de hidrogênio, como os gêneros Clostridium e Hydrogenispora. No reator metanogênico operado sem adição de biocarvão, a maior produção volumétrica (3,74±0,72 LCH4 L-1d-1) e rendimento de metano (0,270±0,05 LCH4 gDQO-1) foram obtidos para a maior COV (16 g L-1d-1) e menor TC (6 h) testados. No entanto, o aumento da COV de 4 para 16 gDQO L - 1d-1 e a diminuição do TC de 24 para 6 h reduziram a eficiência de remoção de matéria orgânica de 99% para 67%. Entre os testes com diferentes dosagens de biocarvão, a adição de 2 g L-1 apresentou o melhor resultado em termos de produção de metano (1,33 LCH4 L- 1d- 1) e eficiência de remoção de matéria orgânica (96%), sendo essa a dosagem posteriormente aplicada ao reator metanogênico. Nos ensaios conduzidos com biocarvão no AnSBBR metanogênico, houve aumento médio de 26% na produção volumétrica (4,06 LCH4 L- 1d- 1) e no rendimento de metano (0,301 LCH4 gDQO-1). Além disso, os resultados indicam que a adição desse material ao reator metanogênico pode enriquecer a digestão anaeróbia com microrganismos eletroativos, como os gêneros Anaerolinea, Syntrophomonas, Pseudomonas e Sedimentibacter em conjunto com as arqueas Methanosaeta e Methanosarcina, possibilitando eficiências de remoção de matéria orgânica elevadas (85%) em todas as condições operacionais testadas. Nas melhores condições operacionais avaliadas, o sistema em duas fases proveu produção de hidrogênio e metano em um tempo total de operação de 9 h (3h para o reator acidogênico e 6 h para o reator metanogênico). Dessa forma, constatou-se que as estratégias de separação da digestão anaeróbia em duas fases, imobilização celular na rama de mandioca e sua utilização como cosubstrato, bem como a adição de biocarvão ao reator metanogênico, proporcionaram o aproveitamento energético dos resíduos de processamento da mandioca, com produção de energia de até 159,12 kJ L-1d-1.
Proposta de planejamento cirúrgico de fontan baseado em estudos numéricos e hemodinâmicos tridimensionais
(2023-05-12) Duarte Junior, Paulo Cesar; Pinheiro, Hemerson Donizete; Murakami, Alexandre Noboru; Andrade, Aron José Pazin de; Kessler, Martin Poulsen; Crispilho, Shirley Ferraz; Huebner, Rudolf
A cada mil crianças nascidas vivas, há incidência de 8 a 10 indivíduos com cardiopatia congênita. Dentre estas, a mais severa é conhecida como Síndrome do Coração Esquerdo Hipoplásico (SCEH). Uma vez que não há tratamento definitivo, o tratamento paliativo eletivo consiste numa abordagem cirúrgica estagiada, culminando com a Cirurgia de Fontan. A elevada complexidade destes procedimentos, somada à variabilidade das anatomias apresentadas, impossibilita a identificação de uma solução única. Com a utilização de métodos numéricos, através da dinâmica computacional dos fluidos (CFD), é possível compreender o comportamento do fluxo sanguíneo nas geometrias alteradas antes e após as três cirurgias do tratamento eletivo. Isso possibilita personalizar um planejamento cirúrgico adequado, indicando a posição ótima das anastomoses cavopulmonares, a dimensão apropriada do enxerto, bem como eventuais modificações nas estruturas adjacentes. Desta forma, este estudo comparou, pelo método dos volumes finitos, as diversas variáveis de uma simulação numérica das mais simplistas (fluido newtoniano, escoamento laminar, regime permanente e parede vascular rígida), às mais realistas (fluido não newtoniano, turbulência, regime transiente e parede vascular flexível), a fim de identificar a real necessidade de cada variável para a obtenção de um Planejamento Cirúrgico de Fontan seguro. Como resultado, foram obtidas duas configurações simplificadas, porém robustas: a primeira: fluido newtoniano, escoamento turbulento, regime permanente em paredes rígidas; e a segunda, fluido newtoniano, escoamento turbulento, regime transiente em paredes rígidas. A primeira, mais simples, considera as variáveis em valores médios; e a segunda, mais completa, ilustra as variações do fluxo e seus efeitos no decorrer do ciclo respiratório. Por fim, foi apresentado o planejamento cirúrgico de Fontan completo, com o uso das duas configurações propostas, indicando não só as posições da anastomose cavopulmonar, mas a ampliação da estenose localizada na artéria pulmonar esquerda. Por fim, foram gerados tutoriais com o intuito de disseminar a técnica criada.
Remoção de matéria carbonácea e nitrogenada de efluente de laticínios em reator de leito estruturado operado sob aeração intermitente
Correa, Camila Zoe; Lopes, Deize Dias [Orientador]; Barana, Ana Cláudia; Foresti, Eugenio; Prates, Kátia Valéria Marques Cardoso; Moura, Rafael Brito de; Damianovic, Márcia Helena Rissato Zamariolli [Coorientadora]
Resumo: O objetivo desta pesquisa foi estudar o desempenho de um reator de leito estruturado operado sob aeração intermitente (RLEAI), em diferentes condições operacionais, no tratamento de efluentes de laticínios O RLEAI foi operado com aeração intermitente (AI) - ciclos de três horas: 2h aeração ligada/ 1h desligada, Tempo de detenção hidráulica (TDH) de 16 horas e recirculação interna (Qr = 3Qe) O leito foi preenchido com estruturas cilíndricas de poliuretano, fixadas em hastes de aço Foi operado por 1327 dias, divididos em três fases: A (419 dias), B (645 dias) e C (88 dias) Na fase A, foram realizados estudos preliminares para a definição das condições operacionais Na fase B, o reator foi submetido a diferentes cargas orgânicas volumétricas aplicadas (COVa): 1, (COV1); 1,2 (COV12); 1,4 (COV14); 1,8 (COV18); 2, (COV2) e 1,4 kg DQO m-3d-1 (COV14B), e na fase C, a variações na relação DQO/NTK afluente (11 e 3) O RLEAI foi alimentado com água residuária de laticínios coletada na indústria após o flotador e o monitoramento do sistema foi realizado por meio de análises físico-químicas e microbiológicas Após 1327 dias de operação, o lodo presente em seu fundo foi coletado para verificar a viabilidade do seu uso, suplementado com esterco bovino, na produção de biocarvão ativado (BCA) quimicamente com KOH (1:1) O percentual de remoção de DQOT ficou acima de 89±3% na fase B e 71±11% na C A eficiência de remoção de Nitrogênio Total (NT) foi superior a 66±18% até a COV14, porém da COV18 até a COV14B diminuiu, ficando abaixo de 47±27% Na COV18, esse resultado foi associado ao aumento da concentração de nitrogênio orgânico efluente Enquanto da COV2 à COV14B, foi relacionado à baixa oxidação do N-NH4+ Na fase C, a remoção de NT foi inferior a 53±6%, creditada à falta de alcalinidade no meio e baixa disponibilidade de matéria orgânica para desnitrificação heterotrófica Durante toda operação não houve acúmulo expressivo das formas oxidadas de nitrogênio, o que indica que ocorreu o processo de Nitrificação e Desnitrificação Simultânea (NDS) A concentração de polissacarídeos e proteínas sugeriu que a espessura do biofilme, flocos e grânulos formados no reator aumentou com a COVa, o que pode ter impactado negativamente a remoção de NT A análise estatística aplicada à estimativa do NMP g STV-1 mostrou que os microrganismos nitrificantes e desnitrificantes estiveram presentes em todas as condições estudadas na fase B, e que as bactérias desnitrificantes foram predominantes no reator, especialmente no lodo (LD) A microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostrou que com o aumento da COVa, a diversidade de microrganismos diminuiu, havendo predominância de fungos filamentosos Foi possível produzir o BCA com as matérias-primas utilizadas, com rendimento de 44% na etapa de pirólise e 7% na ativação O RLEAI apresentou potencial para ser utilizado no tratamento de efluentes com variadas COVa, porém com o aumento do tempo de operação observou-se que cuidados adicionais devem ser realizados, no que tange ao descarte da biomassa e à limpeza do material suporte, devido ao desenvolvimento em excesso dos microrganismos heterotróficos
Remoção de contaminantes em águas pela técnica de tratamento de ciclo completo associada à adsorção
Fukumoto, Amanda Alcaide Francisco; Kuroda, Emília Kiyomi [Orientador]; Cava, Carlos Eduardo; Theodoro, Joseane Débora Peruço; Bernardo, Luiz Di; Costanzi, Ricardo Nagamine
Resumo: O despejo de efluentes domésticos, industriais e agrícolas nos corpos hídricos, favorece o surgimento de agrotóxicos e medicamentos, bem como o crescimento de cianobactérias potencialmente tóxicas, prejudicando a qualidade dos mananciais utilizados para abastecimento público As estações de tratamento de água utilizam, em sua maioria, o tratamento por ciclo completo, composto por coagulação, floculação, sedimentação e filtração, que são ineficientes na remoção de agrotóxicos, hormônios e toxinas dissolvidas, como a atrazina – ATZ, simazina – SMZ, 17ß-estradiol – E2, 17a-etinilestradiol – EE2 e microcistinas – MCs Dessa forma, este trabalho teve por objetivo avaliar a eficiência do tratamento por ciclo completo associado ou não à adsorção em carvão ativado pulverizado – CAP e granular – CAG e nanomateriais – NMs na remoção de ATZ, SMZ, E2 e MCs, adicionados nas formas de produto comercial – PC Dos 16 CAPs, 8 NMs e 9 CAGs amostrados, selecionou-se os CAPs 5 (vegetal, de pinus), 8(*) (mineral) e 16 (vegetal, de babaçu), os CAGs 5 (vegetal, de coco) e 7(*), e o nanotubo de carbono – NTC2 (sem modificação, multiwall) em suspensão, como adsorvedores de maior eficiência A aplicação dos NMs em suspensão, apresentou baixa eficiência comparada aos CAPs e CAGs A condição de coagulação foi definida em ensaios de coagulação, floculação e sedimentação, utilizando cloreto de polialumínio em uma amostra de água do rio Tibagi (dosagem de alumínio = 8 mg L-1 e pH = 6,7) Nos ensaios de tratamento de água as amostras foram fortificadas com os contaminantes de interesse na forma de PC, resultando em concentrações de 46,7; 41,4, 44,4 e 12,4 µg L-1 de ATZ, SMZ, E2 e MCs, respectivamente O tratamento pela técnica de ciclo completo com filtração em areia apresentou porcentagens de remoção de apenas 9,4; 5,8, 11,2 e 11,6% para ATZ, SMZ, E2 e MCs, respectivamente, sendo ineficiente na remoção destes compostos Os CAPs foram aplicados em dois tempos de contato, 3 minutos, simulando à aplicação após a coagulação em estações de tratamento de água – ETA e 6 min simulando à aplicação na captação de água bruta Para remoção de ATZ, SMZ e MCs, foi empregado o CAP5, com dosagens de 6 e 4 mg L-1, e CAP16 com dosagem de 4 e 2 mg L-1 Estas condições apresentaram eficiências de remoção satisfatórias em ambos os pontos de aplicação, resultando em porcentagens de remoção superiores a 91,6% e 1% para ATZ, SMZ e MCs, respectivamente, e de 1% para o E2 Para o tratamento por ciclo completo associado à adsorção em CAGs 5 e 7(*), houve remoção superiores a 98,4% para todos os compostos de interesse, evidenciando a elevada eficiência deste pós-tratamento Devido a baixa eficiência dos NMs em suspensão, os mesmos foram fixados em elementos filtrantes – EFs de polietileno, no qual os NMs de melhor desempenho foram o NTC1 e NTC3-O Para o tratamento por ciclo completo associado à adsorção em EF- NTC1 e EF-NTC3-O ocorreram remoções superiores a 79% para todos os compostos de interesse, apresentando eficiência satisfatória para este pós-tratamento Além disso, os EFs apresentaram capacidade de reativação, podendo ser reutilizados novamente para adsorção dos contaminantes de interesse, após lavagem em NaOH (concentração de 2, mg L-1 e tempo de 3 horas)
Previsão da vida útil do concreto permeável submetido a colmatação
Sandoval, Gersson Fernando Barreto; Toralles, Berenice Martins [Orientador]; Gettu, Ravindra; Jussiani, Eduardo Inocente; Reyes, Isaac Galobardes; Pinheiro, Hemerson; Núñez, Washington Peres; Moura, André de Campos [Coorientador]
Resumo: Os resultados encontrados indicam que existe uma influência direta do tipo de sedimento e da velocidade de adição do mesmo no fenômeno da colmatação do CoPe, sendo os sedimentos finos (argila) os mais prejudiciais na perda da permeabilidade do material Com base nesses resultados, um modelo analítico de colmatação foi proposto, o qual permitiu determinar o potencial de colmatação (c) dado por cada tipo de sedimento e para cada velocidade de colmatação simulada, resultando em uma ferramenta útil na previsão da perda da permeabilidade Em termos de recuperação de permeabilidade, a hidrolavagem mostrou-se mais efetiva para os sedimentos finos (argila) e o ar para os sedimentos grossos (areia) A recuperação de permeabilidade apresentou um comportamento inverso à colmatação, visto que a maior recuperação de permeabilidade aconteceu com o sedimento de argila e a menor recuperação com o sedimento de areia No estudo da periodicidade de manutenção, ficou evidente que não existe uma diferença significativa em termos de recuperação de permeabilidade com as duas periodicidades estudadas, sendo as duas igualmente efetivas Com os resultados de colmatação e os resultados de limpeza foi proposto um modelo de vida útil hidráulica para o concreto permeável, o qual correlaciona as condições do local (erosão, regime de chuvas e topografia) com a perda de permeabilidade ao longo do tempo Finalmente, o modelo proposto permitiu prever o tempo necessário para o material atingir a permeabilidade mínima de norma em função das condições de manutenção

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