Ciência, Inovação E Tecnologia Coletânea De Publicações 2016

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Ciência, Inovação e Tecnologia Coletânea de Publicações 2016 1 FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA CENTRAL DA UFCG C569 Ciência, inovação e tecnologia: coletânea de publicações 2016 / Organizadores: José Tadeu da Silva... [et al.] ─ Brasília: EPGRAF, 2016. 200 f.: il. color. ISBN: 978-85-60307-18-0 1. Engenharias. 2. Desenvolvimento Tecnológico. 3. Ideias Inovadoras. 4. Difusão. I. Silva, José Tadeu da. II. Guimarães, Paulo Roberto de Queiroz. III. Francisco, Paulo Roberto Megna. IV. Título. CDU 62 2 Organizadores José Tadeu da Silva Paulo Roberto de Queiroz Guimarães Paulo Roberto Megna Francisco Ciência, Inovação e Tecnologia Coletânea de Publicações 2016 EPGRAF 1.a Edição Brasília-DF 2016 3 Realização Revisão, Editoração e Arte da Capa: Paulo Roberto Megna Francisco Créditos de Imagens da Capa Freepick.com 1.a Edição 4 SUMÁRIO APRESENTAÇÃO...................................................................................................................... 7 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................... 8 Publicações CONTECC’2016 ............................................................................................ 10 Capítulo 1 ................................................................................................................................ 11 Análise comparativa entre diferentes métodos de reforços em vigas de concreto armado ............................................................................................................ 11 Capítulo 2 ................................................................................................................................ 19 Análise de viabilidade de implantação de sinalização semafórica em um cruzamento no bairro Petrópolis – Manaus/AM.............................................. 19 Capítulo 3 ................................................................................................................................ 28 Aplicação de bomba de calor em coluna de destilação de propeno ......... 28 Capítulo 4 ................................................................................................................................ 36 Aproveitamento de resíduos de caulim e granito na formulação de massas cerâmicas para fabricação de grés porcelanato .............................. 36 Capítulo 5 ................................................................................................................................ 44 Avaliação biométrica de Pomeleiro ‘star ruby’ sob diferentes portaenxertos no semiárido do Ceará .............................................................................. 44 Capítulo 6 ................................................................................................................................ 52 Avaliação da influência de aditivos hidrofugantes/impermeabilizantes nas propriedades das argamassas .......................................................................... 52 Capítulo 7 ................................................................................................................................ 60 Avaliação do processo produtivo de blocos cerâmicos por meio do controle estatístico do processo ............................................................................... 60 Capítulo 8 ................................................................................................................................ 67 Balanço de massa e de energia do sistema de ultrafiltração para tratamento de água ...................................................................................................... 67 Capítulo 9 ................................................................................................................................ 74 Desenvolvimento de protótipo didático de tacogeração utilizando arduino e matlab para ensino de controle automático ................................. 74 Capítulo 10 ............................................................................................................................. 82 Estudo de alternativas de fornecimento de energia elétrica acoplado a um gerador fotovoltaico ............................................................................................. 82 Capítulo 11 ............................................................................................................................. 89 Geotecnologias para o mapeamento temático dos indíces de aridez e classes de desertificação na microrregião de Umbuzeiro-PB ..................... 89 Capítulo 12 ............................................................................................................................. 96 Integração de redes de infraestrutura urbana– sistema Infravias .......... 96 Capítulo 13 ...........................................................................................................................104 5 Mineralização de nitrogênio em topossequência sob pastagem distintamente manejada durante um período chuvoso ..............................104 Capítulo 14 ...........................................................................................................................112 Obtenção e avaliação de nutriente de nitrogênio em plantio de quiabeiro (Abelmoschus esculentus L Moench) ...................................................................112 Capítulo 15 ...........................................................................................................................119 Projeto de otimização de um ventilador centrífugo através da dinâmica dos fluidos computacional (CFD) ..........................................................................119 Capítulo 16 ...........................................................................................................................127 Proposta de ferramenta didática para ensino em engenharia eletrônica: integração a conversores de energia...................................................................127 Capítulo 17 ...........................................................................................................................134 Rendimentos agrícolas de variedades de cana-de-açúcar sob diferentes lâminas de irrigação ...................................................................................................134 Capítulo 18 ...........................................................................................................................140 Sistema de transmissão de dados sem fio utilizando energia renovável ..............................................................................................................................................140 Capítulo 19 ...........................................................................................................................147 Tracionador de cabos em torre de ancoragem para estudo do comportamento vibracional de cabos condutores e carregamentos transmitidos para as fundações em uma linha de transmissão experimental ..................................................................................................................147 Capítulo 20 ...........................................................................................................................154 Uso de piloto automático com sinal RTX na semeadura de trigo em curva aberta e fechada ..............................................................................................154 Capítulo 21 ...........................................................................................................................159 Uso da plataforma arduino no desenvolvimento de calorímetro didático ..............................................................................................................................................159 Publicações 2016 Prêmio Mútua de Empreendedorismo.................................165 Capítulo 22 ...........................................................................................................................166 Programa “Doce Lar” - Melhoria habitacional para população de baixa renda..................................................................................................................................166 Capítulo 23 ...........................................................................................................................186 Mini-escavadeiras, mini-carregadeiras ..............................................................186 Capítulo 24 ...........................................................................................................................191 Novo processo/produto de captura de CO2 da atmosfera com óxido de grafeno em suspensão aquosa ................................................................................191 Curriculum dos Organizadores ....................................................................................200 6 APRESENTAÇÃO Muitos eventos, como workshops, encontros, seminários e congressos acontecem anualmente no Brasil em suas diversas áreas. O CONFEA anualmente promove a Semana Oficial da Engenharia e da Agronomia – SOEA, já em sua 73.a edição, onde congrega os Engenheiros e Agrônomos. Com a consolidação da SOEA no cenário nacional, e a presença de jovens estudantes, os futuros profissionais da engenharia do Brasil em constante participação no evento, buscou dar oportunidade a estes de mostrarem a sociedade suas pesquisas, trabalhos e projetos elaborados durante a graduação e a pós-graduação, geralmente com a participação de professores das mais diversas instituições de ensino. Com isso nasceu o Congresso Técnico Científico da Engenharia e Agronomia – CONTECC, que se encontra na sua 3.a edição em 2016. Nessas edições contou com o recebimento de mais de 2.200 trabalhos inscritos e a participação durante os eventos com mais de 1.200 congressistas participando e apresentando seus trabalhos de forma oral e em pôster. Para o incentivo a pesquisa destes futuros profissionais, foi criado uma seleção pelas comissões cientificas de 21 melhores trabalhos avaliados, e subsidiando o deslocamento desses 21 autores para apresentarem oralmente seus trabalhos em mesa redonda durante o evento da SOEA/CONTEC. Esta decisão vem alterando para melhorar a qualidade dos trabalhos recebidos pela organização do Congresso. Esta pequena obra contempla os 21 trabalhos selecionados na SOEA/CONTECC’2016 de forma a divulgar aos profissionais e a academia formada pelas instituições de ensino, e além de procurar a incentivar outros pesquisadores a continuar colaborando com o progresso da ciência e da pesquisa nacional. Portanto, desejamos uma boa leitura, e que esses conhecimentos sejam distribuídos às mãos cheias para o progresso técnico científico nacional. Lúcio Antônio Ivar do Sul Coordenador do CONTECC’2016 Eng. Eletricista, Pedagogo, Professor e Cons. Federal do CONFEA 7 INTRODUÇÃO A origem da Tecnologia data de muito antes do que podemos imaginar. Acredita-se que os primeiros sinais dos avanços humanos tenham surgido há mais de 50 mil anos. O termo tem sua origem no grego: "tekhne" significa técnica, arte, ofício, enquanto o sufixo "logia" designa estudo. Portanto, o termo Tecnologia é usado para definir o uso de técnicas e de conhecimento adquirido para aperfeiçoar e ou facilitar o trabalho, a resolução de um problema ou a execução de uma certa atividade. Atualmente, por meio da Tecnologia, busca-se cada vez mais o conforto e desenvolvimento humano perante a natureza e a vida, seja na produção de alimentos, no transporte eficiente, na rapidez da comunicação, na conservação dos recursos naturais, dentre outras áreas. Se tomarmos como ponto de equilíbrio, a Tecnologia mostra-se como a principal chave para manutenção da humanidade, considerando que todo processo hoje, seja fabril ou não, baseia-se nela. Ela, como arte que formula cenários considerando o conhecimento cientifico, sócio, econômico e ambiental, transforma sonhos em realidade e mantém girando a engrenagem do desenvolvimento humano. Tomemos como exemplo a comunicação. Verificando a evolução tecnológica e deste setor em uma linha do tempo é possível perceber o quão assustadoramente e de forma exponencial a Tecnologia está mudando nossas vidas. Desde os sinais de fumaça, espelho e sol, garrafa ao mar, sinais de TV e rádio, do telefone de Grambel aos smartphones de hoje com inúmeras utilidades – e que, acredita-se, caminham para serem transformados em nano chips a serem implantados nos usuários - temos a certeza de que ainda temos muito a criar. Mas desenvolver novas tecnologias demanda tempo, recursos financeiros, muita dedicação e, principalmente, paixão pelo que se faz. Para incentivar e divulgar esses esforços os organizadores desta obra propuseram a divulgação do conteúdo dos 21 melhores trabalhos do CONTECC’ 2016. Esperamos que, com esse olhar da inovação tecnológica, ações como o CONTECC e o Prêmio MÚTUA de Empreendedorismo da 73ª Soea ajudem a formar e inovar a área tecnológica, principalmente a partir dos estudantes da Engenharia e Agronomia. Nós da Mútua, enquanto colaboradores e defensores dessa ideia, trabalhamos intensamente para a implantação desse grandioso Congresso juntamente com a Soea, e nos sentimos realizados pelo seu sucesso perante a Engenharia e a Agronomia nacional. Vislumbramos 8 que seja longo o caminhar desse incentivo dado aos novos profissionais e pesquisadores, para que sigam o caminho do estudo desses ofícios e artes para o avanço da “Engenharia a favor do Brasil, Mudanças e Oportunidades”. Marcelo Gonçalves Nunes de Oliveira Morais Engenheiro Civil, Diretor de Tecnologia da MÚTUA 9 Publicações CONTECC’2016 10 Capítulo 1 Análise comparativa entre diferentes métodos de reforços em vigas de concreto armado Mara Bruna Silveira Muniz Carla Simone Albuquerque Ricardo José Carvalho Silva INTRODUÇÃO Ainda que existam diversas opções de materiais estruturais, o concreto armado ainda é o material estrutural mais usado no mundo. No entanto, com o passar dos anos, quando não há uma adequada manutenção, é comum nas estruturas de concreto armado aparecerem patologias advindas, principalmente, da incidência de agentes agressivos. Segundo Silva (2006), as principais características do concreto armado são resistência e durabilidade, devido a isso o confundem como um material infindável. Porém, vale ressaltar que as estruturas de concreto armado não são eternas, e se desgastam com o passar do tempo necessitando de manutenção e recuperação. Diante dos estudos já desenvolvidos sobre reforços de estruturas de concreto armado, o presente trabalho faz uma análise comparativa da eficiência de três métodos distintos de reforços de vigas: (1) reforço com a adição de barra de aço e adesivo estrutural à base epóxi, (2) reforço através da adição de chapa de aço colada com adesivo epóxi e parafusos para auxiliar na ancoragem e (3) viga reforçada com polímeros de fibra de carbono. Dessa forma, o objetivo desse trabalho é investigar qual desses é o reforço estrutural mais eficiente. MATERIAL E MÉTODOS Foram analisados três diferentes tipos de reforços de viga de concreto armado, primeiramente verificou-se o estudo experimental de reforço com a adição de barra de aço e adesivo estrutural à base epóxi 11 (Carneiro, 2013); logo em seguida foi observada a pesquisa experimental de reforço através da adição de chapa de aço colada com adesivo epóxi com/sem parafuso (Ximenes, 2016); e para finalizar verificou-se o estudo experimental de vigas reforçadas com polímeros de fibra de carbono (Duarte, 2011). Para verificação da eficiência de cada tipo de reforço, foram comparados os resultados experimentais de cada pesquisa e, posteriormente, comparados entre si. Para realização do estudo do primeiro tipo de reforço, Carneiro (2013) submeteu as vigas ao “Ensaio de Stuttgart” no laboratório da UVA. Essas vigas possuíam seção transversal retangular medindo 10x15 cm e 80cm de comprimento, sendo 62cm de vão bi-apoiado. Na primeira etapa do ensaio as vigas que seriam reforçadas posteriormente, foram devidamente posicionadas na prensa hidráulica, onde receberiam uma carga de 5kN, logo em seguida retirada, procedimento necessário para acomodar os materiais da viga e garantir a eficiência dos resultados do ensaio. Em seguida foi aplicada uma carga de forma gradual até atingir 50kN com o objetivo de pré-fissurar a viga. As vigas da Carneiro (2013) foram inicialmente pré-fissuradas com carga de 50kN (aproximadamente 70% da carga última estimada) e posteriormente reabilitadas com barra de aço de diferentes diâmetros fixadas com adesivo estrutural de base epóxi em um rasgo feito com uma maquita no fundo da viga. Vale ressaltar que ao criar o “rasgo” para a colocação do reforço, os estribos foram cortados e acabaram perdendo um pouco de ancoragem. A terceira etapa dos ensaios ocorreu sete dias após a aplicação do reforço. Verificou-se o surgimento de fissuras, bem como a evolução das já existentes, procedendo dessa forma até à ruptura das vigas. Desse modo, foi possível fazer uma análise do modo de ruptura, verificar a aderência do reforço e a resistência mecânica das mesmas. Para a realização do estudo do segundo tipo de reforço, Ximenes (2016) submeteu suas vigas ao “Ensaio de Stuttgart” com a mesma metodologia de pré-fissuração, reforço e ensaio de Carneiro (2013). O reforço de Ximenes (2016) era composto de chapas de aço de 3mm de espessura apenas colado externamente ao fundo das vigas. As dimensões 12 da viga e do trecho bi-apoiado também foram iguais, mas o detalhamento das armaduras das vigas foi diferente (Figura 1 e Figura 2). A reabilitação das vigas foi realizada por meio da adição de chapa de aço com diferentes dimensões e espessuras (Figura 1) coladas com adesivo epóxi, e em duas das quatro vigas foram utilizados parafusos para melhorar a ancoragem entre a peça e o reforço. Posteriormente as vigas passaram pelo processo de pré-fissuração. A terceira etapa do ensaio procedeu-se após sete dias. O ensaio a flexão tanto para as vigas da Carneiro (2013) quanto para as vigas da Ximenes (2016), foram realizados através de uma prensa hidráulica universal, com a utilização de adaptadores padrão existentes com dois apoios flexíveis distantes entre si 62 cm, e um dispositivo para a distribuição da carga em dois pontos simétricos. Para o estudo do terceiro tipo de reforço, Duarte (2011) teve como objetivo investigar o comportamento de vigas de concreto armado reforçadas com fibra de carbono. Foi estudado dois métodos de reparação, uma parte das vigas seria apenas reforçada após a préfissuração e a outra parte receberia reparos nas fissuras para depois receber o reforço. A reabilitação das vigas foi consistida em lâmina de fibra de carbono colada com o auxílio de adesivo estrutural epóxi. As vigas possuíam 330cm de comprimento e seção transversal em T, detalhamento da mesma apresentado na Figura 1. Figura 1. Detalhamento das armaduras e dos reforços das vigas. 13 Figura 2. Prensa utilizada nos ensaios das vigas. Fonte: Ximenes (2016). A primeira etapa para aplicação do laminado de fibra de carbono foi realizada após a regularização da superfície de concreto; uma fina camada de adesivo epóxi é aplicada no concreto e também aplicada sobre o laminado. Já para as vigas que receberiam reparo, seria injetada resina epóxida nas fissuras a fim de analisar suas contribuições na resistência mecânica da peça. As vigas foram ensaiadas à flexão, inicialmente foi aplicada uma carga de 90kN e logo em seguida retirada para que a viga fosse reforçada com o laminado de fibra de carbono. Segue a última etapa do ensaio aplicando um carregamento através de um atuador hidráulico, de forma concêntrica e equidistante dos apoios como ilustrado na Figura 3. Figura 3. Vigas reforçadas após o pré-fissuramento e ensaiadas Fonte: Duarte (2011). RESULTADOS E DISCUSSÃO Na última etapa dos ensaios realizados por Carneiro (2013), as vigas reabilitadas receberam carga até a sua ruptura. Observou-se com os resultados (Tabela 1) que o aparecimento de fissuras na região de 14 flexão pura foi reduzido em escala significativa, verificou-se, portanto, que o reforço foi eficiente protegendo a viga de uma ruptura por flexão e causando pouca deformação na mesma, uma vez que a armadura longitudinal não atingiu seu patamar de escoamento, mantendo-se no regime elástico. As peças reforçadas acabaram rompendo por cisalhamento (tração diagonal) muito provavelmente porque quando os estribos foram cortados para a colocação dos reforços nos rasgos prejudicou as ancoragens dos estribos. Verificou-se também que o aumento do diâmetro das barras de aço utilizadas como reforço não alterou a resistência mecânica da peça nem apresentou variações quanto à aderência reforço-substrato. O mesmo ocorreu nas vigas ensaiadas por Ximenes (2016), na última etapa do ensaio as peças receberam carga até a sua ruptura e à medida que ia sendo aplicada a carga, o reforço descolava-se da viga. Vale salientar que o reforço se mostrou eficiente visto que todas as vigas se romperam com uma carga superior a viga de referência (X1). Porém, houve diferenças nos resultados quando comparadas as vigas somente coladas em relação às vigas coladas e aparafusadas e também em relação ao comprimento do reforço. Com relação às vigas coladas e parafusadas, através dos resultados verificou-se que é uma boa forma de ancoragem para esse tipo de reforço, entretanto os parafusos geraram campos de tensões na peça, fazendo com que a mesma tenha se rompido por cisalhamento (compressão diagonal - esmagamento da biela), que é um mecanismo frágil e pouco comum de acontecer (Tabela 1). Durante a última etapa de ensaio realizada com as vigas de Duarte (2011), as vigas receberam carregamento até sua ruína, que ocorreu quando o laminado descolou do concreto após ser atingida uma carga de aproximadamente 160kN. Vale ressaltar, que os valores de ruína das vigas ficaram acima do esperado assim como a resistência de ligação do laminado ao concreto. As peças reforçadas com Polímero de Fibra de Carbono obtiveram cerca de 49% de aumento em sua resistência em relação a uma viga não reforçada. Sua rigidez aumentou 83% em contra partida sua ductilidade foi reduzida devido ao laminado não possuir patamar de escoamento ao contrário do aço. 15 Em relação à reparação das fissuras no concreto, vale salientar que essa técnica é capaz de cumprir o papel de restabelecer os níveis de desempenho iniciais da peça. Porém, os reparos não interferem no acréscimo da resistência mecânica, já que os resultados (Tabela 1) foram semelhantes tendo um aumento de apenas 5% em relação às vigas apenas reforçadas. Por outro lado, a rigidez inicial observada nas vigas reparadas foi notoriamente superior à das vigas apenas reforçadas. Tabela 1. Descrições dos reforços e das ruínas das vigas ensaiadas CONCLUSÕES Através da análise dos resultados, observa-se que as vigas reabilitadas com polímeros de fibra de carbono obtiveram um aumento significativo na sua resistência mecânica em relação às peças que receberam outro tipo de reforço, dos quais, (1) adição de barra de aço e adesivo epóxi e (2) adição de chapa de aço colada com adesivo epóxi e parafusada. Vale ressaltar que esse método de reforço (CFRP) é um sistema simples de ser aplicado quando comparado às técnicas de reparo analisadas na pesquisa. 16 No reforço (1) analisado pela Carneiro, verificou-se um grande contratempo relacionado à sua aplicação, pois no processo de reparo foi necessário cortar quatro estribos centrais para inserir a barra de aço, tal procedimento ocasionou o enfraquecimento das vigas quanto a ruína por tração diagonal. Já na análise realizada pela Ximenes, conclui-se que a viga X4, que foi reforçada com uma chapa de comprimento menor e apenas colada, se mostrou a mais eficiente quanto à resistência e quanto a aderência, pois suportou uma carga cerca de 22% superior a carga da viga de referência e demais vigas reforçadas. Em relação à análise feita por Duarte, observa-se que as vigas reparadas e reforçadas obtiveram valores de resistência mecânica bem próximos as vigas que foram apenas reforçadas por outro lado a rigidez inicial das mesmas atingiram valores bem superior. Vale ressaltar que essa técnica de reparo em fissuras é utilizada em grande escala, porém, sendo comparada com a viga somente reforçada não nota-se uma diferença tão relevante na eficácia de ambos os métodos. REFERÊNCIAS ALBUQUERQUE, C. S.; SILVA, R. J. C. Estudo teórico de reforço de vigas de concreto armado. Essentia, Sobral, v.16, n.1, p. 241-262, 2014. ABNT. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de concreto - Procedimento NBR 6118, Rio de Janeiro, 2014. BEBER, A. J. Comportamento estrutural de vigas de concreto armado reforçadas com compósitos de fibra de carbono. 317p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil). Porto Alegre: UFRGS, 2003. CARNEIRO, D. C. Estudo teórico-experimental do reforço de vigas através da adição de barras de aço e adesivo epóxi. Sobral: UVA, 2013. DUARTE, P. C. F. S. Estudo experimental do efeito da reparação de fendas no comportamento de vigas de betão armado reforçadas à flexão com laminados de CFRP. 159p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil). Lisboa: Universidade Técnica de Lisboa, 2011. SILVA, E. A. Técnicas de recuperação e reforço de estruturas de concreto armado. São Paulo: Universidade Anhembi Morumbi, 2006. 17 XIMENES, M. M. Estudo teórico-experimental de vigas de concreto armado reforçadas com chapas de aço coladas por meio de adesivo epóxi e parafusadas. Sobral: UVA, 2016. 18 Capítulo 2 Análise de viabilidade de implantação de sinalização semafórica em um cruzamento no bairro Petrópolis – Manaus/AM Sandy Ferreira da Silva Kattylinne de Melo Barbosa Valdete Santos de Araújo Bittencourt INTRODUÇÃO De acordo com Coelho e Freitas (2008), o crescimento das cidades se deu de forma desordenada, pois ao passo que a população cresce nas cidades, a infraestrutura e o planejamento urbano não conseguem acompanhar esse crescimento. E essa falta de planejamento das cidades é o grande causador dos problemas relacionados à dificuldade de locomoção nas mesmas. Juntamente com o crescimento desordenado das cidades, existe e a falta de investimento no setor de transporte público, e também as facilidades dadas ao setor automobilístico, fazendo com que o transporte individual se torne cada vez mais popularizado e com isso o aumento do número de veículos que trafegam pelas vias (Luza e Roldo, 2013). Vasconcelos (2006) mostrou que alguns fatores negativos podem ser constatados com o crescimento da frota, como o aumento dos congestionamentos, o aumento do número de acidentes de trânsito, além da redução da qualidade de vida da população. Com isso os órgãos gestores de trânsito buscam minimizar estes problemas com soluções rápidas e de baixo custo, como projetos de readequação viária e sinalização, que atualmente são aplicados como soluções mais eficazes para reduzir estes efeitos negativos (Coelho e Freitas, 2008). Bezerra (apud Lima, 2012), cita que uma das principais alternativas da Engenharia de Tráfego é a utilização de semáforos, que tem como objetivo minimizar os conflitos existentes na malha viária e dessa forma melhorar o fluxo em cruzamentos. 19 MATERIAL E MÉTODOS O cruzamento em estudo fica localizado no bairro Petrópolis na cidade de Manaus/AM, o bairro fica na zona sul da cidade, possui uma área de 324,10 m2 e uma população de 41.210 habitantes de acordo com o censo do IBGE (2010). É formado por cinco ramos, quantidade de aproximações ou vias que formam o cruzamento (DNIT, 2005), que são as vias de acordo com a Figura 1. Figura 1. Cruzamento em estudos e suas aproximações Fonte: Adaptada do Google Earth Figura 2. Cruzamento em estudo. 20 Na metodologia desse trabalho utilizou-se os procedimentos dispostos no Manual de Estudo de Tráfego do DNIT (2006) e no Manual de Sinalização Semafórica do CONTRAN (2014). Primeiramente foram feitas as pesquisas de tráfego no local que consistiram em coletar os dados do volume de tráfego das vias que formam o cruzamento e classificar/caracterizar essas vias. Então para se obter o volume foram feitas as contagens volumétricas classificatórias e direcionais, que são contagens de veículos onde se registra o seu tipo ou classe de veículos juntamente com o sentido de fluxo dos mesmos. Determinou-se os pontos de contagem, ou seja, onde cada contador de veículo ficaria e também os principais movimentos permitidos na interseção. A Figura 3 mostra um croqui do cruzamento com os pontos de contagem escolhidos e os movimentos do cruzamento. Figura 3. Pontos de contagem de movimentos do cruzamento As contagens foram feitas durante 3 dias da semana, na terça, quarta e quinta, em dois horários de pico, o de 11:00 às 13:00 e o de 17:00 às 19:00, a cada 15 minutos, durante duas semanas, já que eram 6 pontos de contagem, foram feitos 3 deles em uma semana e os outros 3 em outra semana, os dias de contagem foram: 29, 30 e 31 de Março e 05, 06 e 07 de Abril de 2016. Todos os veículos contados foram inseridos em uma tabela a qual classificava o tipo de veículo em carro, motocicletas, 21 ônibus e caminhão, e também distinguia qual o ponto, via e movimentos de contagem. Para a caracterização das vias foram feitas visitas ao local de estudo para medir, com ajuda de trenas manuais e digitais, as larguras de plataforma, largura de faixas e das calçadas. Também foram feitas análises das condições das vias, das sinalizações existentes e condições de segurança. Também foi feito contato com o órgão de trânsito da cidade de Manaus, que é o MANAUSTRANS, para se obter dados referentes às características geométricas das vias, dados de volume de tráfego de anos anteriores e dados estatísticos atualizados do número de acidentes ocorridos no local. Após a coleta de todos os dados, foi feita então análise de acordo com as condições de viabilidade de implantação de sinalização semafórica, dispostas no manual do CONTRAN (2014). Para a simulação do tráfego no local, bem como da possível solução para o local, foram feitas utilizando-se o software de PVT – VISSIM. RESULTADOS E DISCUSSÃO O Manual de Sinalização Semafórica do CONTRAN (2014) mostra os procedimentos a serem analisados para uma possível implantação de sinalização em interseções. O primeiro critério de implantação solicita o número de acidentes com vítimas, ocorridos no local e que dever ser maior que o NLAV (Número limite de acidentes com vítimas), e o manual mostra que esse número limite é 7. De acordo com os dados fornecidos pelo MANAUSTRANS (2016), foi registrado um total de 21 acidentes com vítimas, no local, satisfazendo assim a primeira condição, onde os dados de acidentes registrados foram do ano de 2015. O segundo procedimento são as pesquisas de tráfego, em que seus resultados estão dispostos na Figura 4, onde os volumes aparecem com suas respectivas conversões. Os valores foram convertidos para Unidade de carro de passeio (UCP), de acordo com os coeficientes correspondentes para cada tipo de veículo classificado nas contagens. 22 Figura 4. Movimentos das aproximações com seus respectivos fluxos em UCP O terceiro procedimento consiste em se obter o ciclo de vazios, que segundo o CONTRAN (2014), esse valor deve ser maior ou igual a NLCV (Número limite de ciclos de vazios) e esse limite deve ser inferior a 4. Para encontrar o número de ciclo de vazios são necessários seguir 5 passos de cálculos sendo eles:  Passo 1: Obter o tempo de ciclo da rede (C), que o manual diz que deve-se adotar o tempo de ciclo da rede quando a distância da interseção semaforizada mais próxima for menor que 500 metros, e a distância encontrada foi de 318 metros e que o tempo de ciclo da rede é de 120 segundos. Sendo assim esse será o tempo de ciclo da rede C = 120s.  Passo 2: Calcular o número de ciclos por hora, pela equação NC = 3600/C e o valor encontrado foi de NC = 30 ciclos por hora.  Passo 3: Determinação do volume total das aproximações das vias secundárias (FTS). Os valores foram calculados utilizando-se a média semanal dos valores de pico por hora, conforme a Tabela 1.  Passo 4: Determinação do número médio de veículo por ciclo m = FTS/NC.  Passo 5: Número de ciclos de vazios (NCV), que deverá ser menor que 4 para todas as aproximações secundárias. NCV emNC onde: e = 2,72 23 Tabela 1. Valores do Fluxo total das vias secundárias, Número médio de veículos por ciclo e Número de ciclos de vazios das aproximações secundárias Número de ciclos de vazios das aproximações secundárias Marques da Galdêncio Raquel de Souza Silveira Ramos FTS (UCP) 391,263 423,635 268,204 m = (FTS/NC) 13,04 14,12 8,94 NCV 0,064x10-3 0,0219x10-3 0,0039 m e NC Observa-se que os valores de NCV de todas as vias de aproximação secundárias obtiveram valores menores que 4, satisfazendo assim a condição estabelecida. Em seguida foram feitas a classificação e caracterização das vias. As vias que formam o cruzamento em estudo são classificadas como vias coletoras, pois possuem velocidade de 40 km/h como mostra a Figura 5. As vias Coronel Ferreira de Araújo e Alfredo Paes Barreto são vias principais devido às suas prioridades no cruzamento, e as demais são vias secundárias. As características das vias em relação à sua geometria e dimensões estão dispostas na Figura 6. E quanto as condições de segurança, a ausência de sinalização adequada é notada em todas as aproximações do cruzamento, onde se observa a deficiência na sinalização vertical e horizontal, as que existem estão em mal estado de conservação. Atendendo assim a quarta condição de implantação semafórica. Figura 5. Velocidade das vias 24 Figura 6. Características geométricas das vias Com as condições satisfeitas, foram estudadas possíveis soluções para implantação da sinalização no local, como em que pontos poderiam ser instalados os semáforos, proibições de movimentos, mudança do sentido em algumas vias, sinalizações complementares à semafórica e algumas mudanças na estrutura do local. A solução escolhida como a mais viável para o local foi a da Figura 7, onde houve mudança nos sentidos das vias Raquel da Silveira e Galdêncio Ramos, que na solução passaram a ter apenas um único sentido, propôs-se uma alça de retorno na via Marquês da Silveira e foram dispostas sinalizações verticais e horizontais necessárias. A solução foi escolhida através da simulação no software PVT – VISSIM, onde a mesma foi escolhida como a mais viável por apresentar um número menor de grupos semafóricos e consequentemente menor tempo de espera dos usuários, além de trazer benefícios estruturais para o local, diferente das outras que foram simuladas, que apresentavam muitos grupos semafóricos, o que acarretaria maior tempo de espera nas vias de aproximação e também não traria melhoria na infraestrutura das vias e nem da disposição do cruzamento. 25 Figura 7. Proposta para melhoria do tráfego no cruzamento CONCLUSÕES O volume de veículos no cruzamento estudado, principalmente nos horários de pico, é muito grande, enquanto as vias de aproximações do mesmo não possuem sinalizações verticais e horizontais adequadas nem suficientes para melhorar o tráfego, fazendo-se necessárias alterações na atual configuração do cruzamento em estudo, visando melhoria na fluidez do trânsito e possibilitando maior segurança aos usuários. As condições atendidas viabilizaram a implantação de sinalização semafórica no local, e por meio da simulação no PVT – VISSIM encontrou-se uma possível solução de melhoria, que juntamente com as demais sinalizações complementares e algumas mudanças na estrutura do local, será capaz de suprir com as necessidades de circulação no local. REFERÊNCIAS BRASIL. Conselho Nacional de Trânsito, CONTRAN. Resolução 483/14; Manual Brasileiro de Sinalização de Trânsito, Sinalização Semafórica, V. BRASIL. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes, DNIT. Manual de projeto de interseções. 2.ed. Rio de Janeiro, 2005. BRASIL. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes, DNIT. Manual de estudos de tráfego. Rio de Janeiro, 2006. 26 Coelho, C. J.; Freitas, A. J. Implantações semafóricas são medidas eficazes para a redução de acidentes de trânsito? O caso de Fortaleza-CE. Universidade Federal do Ceará. Departamento de Engenharia de Transporte. Ceará, 2008. IBGE. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, 2010. Disponível em: http://www.ibge.gov.br/home/mapa_site/mapa_site.php#populacao. Lima, C. de. Uso de Simulador de Tráfego para análise de intersecção na Av. Humberto Alencar Castelo Branco com Estrada Samuel Aizemberg, Relatório Final de Iniciação Científica, Centro Universitário da FEI, São Bernardo do Campo, 2012. Luza, A.; Roldo, A. Estudo Para Melhoria De Tráfego Do Cruzamento Das Ruas Guarani E Nereu Ramos Na Cidade De Pato Branco Através De Análise De Implantação Semafórica. Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Paraná, 2013. Manaus. Instituto Municipal de Engenharia e Fiscalização do Trânsito MANAUSTRANS. Manaus, 2015. Vasconcellos, E. A. de. Transporte e Meio Ambiente: Conceitos e informações para a análise de impactos. São Paulo: Ed. Do Autor, 2006. 27 Capítulo 3 Aplicação de bomba de calor em coluna de destilação de propeno Marcello Lima Galvão INTRODUÇÃO Processos de destilação são responsáveis por efetuar cerca de 95% das separações de fluidos na indústria de processos, compreendendo um gasto energético da ordem de 3% da demanda mundial (Engelien e Skogestad, 2004); (Humphrey e Siebert, 1992), representando em média entre 40 e 60% do consumo energético das indústrias químicas (Gorak & Sorensen, 2014); (Sarbatly e Chiam, 2013). Sua concepção, por si só, já apresenta uma baixa eficiência termodinâmica, da ordem de 5 a 20%, sobretudo quando se busca a separação de componentes de pontos de ebulição muito próximos e em elevada pureza, como é o caso das torres de separação propano-propeno, abundantemente presentes em refinarias de petróleo e indústrias petroquímicas em geral. (De Koeijer e Kjelstrup, 2000; Humphrey et al., 1991). Invariavelmente, o produto de topo de uma coluna de destilação está a uma temperatura muito próxima de utilização como uma fonte térmica, mas normalmente incapaz de aproveitamento direto, sendo tratado como waste heat, demandando rejeição térmica ao ambiente através da utilização de resfriadores a ar e/ou água. (Erickson et al, 1982). Neste aspecto a aplicação de bombas de calor integrada a processos de destilação se mostra como uma excelente alternativa para upgrade térmico de correntes de topo de torres, viabilizando seu uso como fonte de calor ao refervedor, propiciando economia energética e de água de resfriamento. Alguns exemplos de aplicações diretas de bombas de calor em colunas de destilação podem ser verificados em Erickson et al. (1982), Fonyo (1995), Fonyo e Benkö (1998), Díez et al. (2009), Waheed et al. (2014). Neste trabalho propõe-se à avaliação energética de uma torre de separação propano-propeno comparando um esquema tradicional de destilação, com o uso de refervedor aquecido pelo uso de vapor d’água e condensador suprido por água de resfriamento, a um esquema integrado 28 a uma bomba de calor por compressão de vapor. Os resultados são apresentados em termos de coeficiente de desempenho (COP), consumos de água, vapor, energia elétrica e rendimento exergético. MATERIAIS E MÉTODOS Os dados de processo utilizados para este trabalho se referem a uma planta de separação de propeno de uma refinaria de Brasil, cujo projeto já contemplou a integração de bomba de calor como alternativa de ganho energético. A planta de separação estudada consiste da aplicação de duas torres de destilação que efetuam o processamento de 694,3 kmol/h (≈ 30 t/h) de corrente de C3, conforme disposição e composição representados pela Figura 1. A primeira torre (T-01), denominada deetanizadora, apresenta a função de remover o etano remanescente, garantindo sua presença abaixo de 0,1% para a segunda torre e perda de propeno para C2 não superior a 4,5%. A segunda torre (T-02), denominada depropenizadora, efetua basicamente a separação entre propeno e propano, juntamente com os demais compostos de maior massa molecular ainda presentes em pequena quantidade (C4 remanescente), garantindo a especificação final do propeno grau polímero (99,5% de pureza) e perda de propeno para propano (nesta torre) não superior a 1,2%, correspondendo a uma recuperação de 98,8% do composto de interesse. Figura 1. Bases materiais da planta de separação de propeno estudada 29 As Figuras 2 e 3 exibem as configurações da planta convencional (caso 1) e com aplicação de bomba de calor (caso 2) comparadas neste estudo, onde pode-se verificar a diferença em relação ao produto de topo da T-02 do caso 2, o qual, uma vez comprimido adquire temperatura elevada o suficiente para suprir a carga térmica do refervedor da torre, promovendo concomitantemente à condensação do propeno e vaporização do propano de fundo, necessitando apenas de um condensador complementar à corrente de propeno. Figura 2. Configuração Convencional (Caso 1) Figura 3. Configuração Bomba Calor (Caso 2) 30 Ambos os casos foram simulados em Petrosim 1 adotando-se a equação de estado de SRK2 (como base termodinâmica, e as principais bases energéticas conforme Tabela 1. Tabela 1. Bases Energéticas das Simulações Condições Caso 1 Alimentação T-01 36,3OC; 3483 kPa(abs) Topo T-01 Topo T-02 Vapor d’água Coef. Adiab. Compressor Efic. Motor Elétrico 38 OC 35 OC 433,5 kPa (saturado) - Caso 2 36,3OC; 3.483 kPa(abs) 38 OC 18,1 OC (*3) 433,5 kPa (saturado) 75% - 95% De posse do balanço material e energético das simulações foram efetuadas as compilações dos seguintes resultados:  Coeficiente de Desempenho Energético (COP): calculado a partir da razão entre o calor útil e a soma das parcelas de calor e trabalho fornecidos;  Consumo de Vapor: considerando a razão entre calor fornecido e diferença de entalpia entre vapor e condensado nas condições definidas na tabela 1;  Consumo de Água de Resfriamento: considerando a razão entre calor rejeitado e diferença de entalpia entre o suprimento e retorno da água de refrigeração, adotando de um ΔTÁGUA=5OC;  Consumo de Energia Elétrica: mais propriamente aplicável ao cenário com bomba de calor, uma vez que o consumo de energia elétrica no caso 1 é desprezível se comparado ao caso 2, haja vista o compressor de vapor necessitar de um trabalho de eixo muito superior a uma bomba de recalque para refluxo de topo; Petrosim: software proprietário da KBC Corporation, voltado à simulação rigorosa de processos. 2 SRK (Soave-Redlich Kwong): equação de estado voltada para uso em substâncias não polares, tais como hidrocarnonetos (Sandler, 1999). *3 A condição de arranjo do caso 2, na qual a condensação do propeno ocorre somente após a ação do compressor, permite com que haja viabilidade de operar a T-02 em menor nível de pressão, e, consequentemente de temperatura, situação não viável para o caso 1 em função da necessidade de garantir a condensação do propeno com o uso de água de resfriamento, o que determina que a torre deve operar a uma temperatura não inferior a 35OC (limite prático considerado para uso de água de resfriamento). 1 31  Rendimento exergético: esta análise faz-se necessária em virtude de os casos comparados apresentarem consumos energéticos de qualidades diferentes perante a 2ª Lei da Termodinâmica, uma vez que o trabalho percebido por 1 kJ de vapor d’água (fonte majoritária no caso 1) é menor em relação a 1 kJ de energia elétrica (fonte majoritária no caso 2). O cálculo deste rendimento é feito através da razão da diferença entre as exergias físicas (Ḃfis) de saída e entrada e a exergia total fornecida (Ḃfornecido), conforme equação 1, sendo que para parcela de exergia fornecida adotou-se o seguinte critério para cálculo:  Energia elétrica fornecida: considerada como 100% de equivalência exergética;  Vapor d´água fornecido: calculada com base direta da aplicação do balanço de entalpia e entropia entre vapor e respectivo condensado nas condições da tabela 1. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Tabela 2 observa-se a comparação entre os consumos de vapor d’água, água de resfriamento e energia elétrica entre os casos 1 e 2, dispostos nas unidades usuais de consumo destas utilidades na indústria. Com intuito de compreender melhor o que as grandezas representam em termos de uma base de suprimento energético (no caso de vapor d’água e/ou energia elétrica) e de rejeição de waste heat ao meio (no caso da água de resfriamento), pode ser verificada a Figura 4 em conjunto com o coeficiente de desempenho (COP) e rendimento exergético. Tabela 2. Comparação de Consumos de Utilidades Consumos de Utilidades Caso 1 Vapor d’água (t/h) 66,0 Água de Resfriamento (m3/h) 6576 Energia Elétrica (MW) 0 Caso 2 5,8 1211 4,1 32 Figura 4. Comparação de consumos de Utilidades em Bases Energéticas e COP da Instalação Comparando-se os casos 1 e 2, verifica-se que o empreendimento de 4,1 MW junto ao compressor da bomba de calor viabiliza uma diminuição substancial do consumo de água de resfriamento, com redução acima de 80%, e vapor d’água, com redução acima de 90%, sendo aparentemente uma boa estratégia a ser aplicada em projetos, sobretudo se houver deficiência no fornecimento destas utilidades, ou se houver requisitos para minimização de tamanho da instalação. A substancial redução de consumo de vapor d’água no caso 2 é o que garante a melhoria do desempenho energético da instalação (COP), o qual, conforme a Figura 4, apresenta resultado 4,6 vezes superior em relação ao caso 1, o qual por não utilizar de recursos de bomba de calor necessariamente apresenta COP = 1. Esta constatação, no entanto, deve ser analisada com cuidado, uma vez que o vapor d´água a 433,5 kPa (abs) não apresenta qualidade energética comparável à eletricidade utilizada para o motor do compressor da bomba de calor. Em outras palavras, o fato de o caso 2 apresentar um COP = 4,6 não significa dizer que seja 4,6 vezes superior em relação ao caso 1. Esta dúvida fica melhor esclarecida ao se verificar a comparação de rendimentos exergéticos da figura. Ambas as situações apresentam rendimentos exergéticos extremamente baixos, 2,1% e 4,7%, respectivamente para o caso 1 e 2, o que é justificável para um processo tão difícil e custoso energeticamente quanto a separação de propano e propeno. No entanto, o simples fato de o caso 2 haver apresentado 33 rendimento exergético 2,2 vezes acima do caso 1, significa dizer que a introdução da bomba de calor neste processo, traz, além dos ganhos de redução de consumo de utilidades anteriormente mencionado, uma real redução das perdas de disponibilidade energética para geração de trabalho (menor destruição exergética por irreversibilidades termodinâmicas) comprovando ser uma forma mais inteligente do uso energético em instalações que apresentam expressivo consumo, tais como a separação propano-propeno. CONCLUSÃO Neste trabalho foi possível avaliar a aplicação de bomba de calor em ciclo de compressão de vapor integrada a um processo de destilação para separação de propano-propeno, demonstrando elevada atratividade energética, com economia de utilidades acima de 80% em relação ao processo de destilação convencional (uso de refevervedor de fundo e condensador de topo), apresentando um COP de 4,6. A comprovação da atratividade desta alternativa integrada foi também verificada através de cálculo de rendimentos exergéticos de ambos os processos, demonstrando uma elevação de 2,2 vezes o valor original, correspondendo a uma redução de perdas de disponibilidade energética, enquadrando a tecnologia proposta como extremamente favorável e aderente ao foco pela conservação e uso inteligente da energia. O uso da análise exergética, em complemento à análise de coeficientes de desempenho (COP) oriunda da 1ª Lei da Termodinâmica, mostra-se extremamente eficaz para a realização deste tipo de análise, auxiliando a tomada de decisão em investimentos associados à melhoria de desempenho energético de uma instalação industrial. REFERÊNCIAS De Koeijer, G; Kjelstrup, S. Minimizing entropy production rate in binary tray distillation. Int J Appl Thermodyn, 3, p.105-110, 2000. Díez, Eduardo; Langston, Paul; Ovejero, Gabriel; Romero, M. Dolores. 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Applied Energy, v.114, p.69-79, 2014. 35 Capítulo 4 Aproveitamento de resíduos de caulim e granito na formulação de massas cerâmicas para fabricação de grés porcelanato João Batista Monteiro de Sousa Antônio Gilson Barbosa de Lima Paulo Henrique Morais do Nascimento Silas Samuel dos Santos Costa INTRODUÇÃO A atividade de mineração, embora geradora de vários impactos ambientais, é imprescindível e necessária para o desenvolvimento de um país em seus mais diversos setores produtivos, tendo sido, ao longo dos anos, um dos sustentáculos dos poderes econômico e político do Brasil. Infelizmente os sistemas de extração e beneficiamento são rudimentares, não respeitando a relação homem versus natureza, gerando com isso uma quantidade considerável de resíduos que podem ser utilizados na indústria cerâmica. Segundo Anjos e Neves (2011), uma exploração dos recursos naturais desencadeia um processo de contínua degradação, visto que são produzidos resíduos não aproveitados, e são lançados indiscriminadamente ao meio ambiente. O Brasil é um dos principais protagonistas no mercado mundial de revestimentos cerâmicos. Dentre esses materiais, o porcelanato é um dos produtos que apresentam grande expansão na escala produtiva (BAUCIA et al., 2010). No processo de constante modernização de seus produtos, as indústrias de revestimentos cerâmicos desenvolveram o porcelanato, um produto que apresenta absorção d´água muito baixa (tipicamente abaixo de 0,5%) em virtude de sua porosidade aparente praticamente nula (0% a 0,5%). Além disso, placas de porcelanato apresentam excelentes 36 características técnicas, destacando-se elevadas resistência mecânica ao risco e a manchas por ataque químico. O porcelanato é seguramente, dentro desse contexto, o produto mais avançado no mercado de pisos e revestimentos e em pleno aumento de produção no Brasil e no exterior, diferenciando-se dos demais tipos de revestimentos cerâmicos devido ao seu processo de produção altamente tecnológico. Devendo-se ao alto nível de qualidade de suas matérias-primas (RODRIGUEZ et al., 2004). É definido como qualquer produto esmaltado que, embora denso, impermeável e resistente o suficiente para resistir a arranhões com uma ponta de aço, difere da porcelana por ser mais opaco e, geralmente, parcialmente vitrificado. Ele pode ser vítreo ou semivítreo. Por outro lado, porcelanato decorrente das qualidades da porcelana, refere a um produto cerâmico totalmente vitrificado, sendo impermeável (mesmo sem esmalte), branco ou artificialmente colorido, translúcido (exceto quando muito grosso) e resistente. Portanto, notou-se a importância da realização desse trabalho na obtenção de uma aplicação, através dos resultados obtidos em laboratórios, por meio de uma formulação como matéria-prima para a produção de porcelanato, a partir da adição de argila, esta que apresenta uma plasticidade mediana e uma ótima resistência mecânica à flexão, dos resíduos de caulim provenientes de processo de beneficiamento e dos resíduos de granito gerados pela extração. Contribuindo, assim, para a preservação dos recursos naturais, prolongando, consideravelmente, a vida útil desses recursos não renováveis, reduzindo a destruição da paisagem, fauna e flora e validando, com isso, o potencial mineralógico da região do material estudado. Na fabricação de revestimentos cerâmicos em geral, bem como para fabricação de porcelanato, não existe uma única matéria-prima natural que venha a apresentar todas as características necessárias para que ocorra uma boa formulação, uma boa fundência, uma boa estabilidade dimensional, entre outras características. Se fazendo necessário a utilização de uma mistura de matérias-primas para se obter as características desejadas de uma massa à verde (GIBERTONI, 2005). Para a fabricação do porcelanato, a mistura de matérias-primas 37 utilizadas caracteriza-se por serem compostas por uma porcentagem variável de 30-50% em peso de caulim e/ou argilas e uma proporção similar à anterior de feldspato sódico/potássico. São utilizados, ainda, para a preparação da massa, outros tipos de matérias-primas, em uma escala menor, tais como a areia (fonte de quartzo), argila bentonítica, talco, entre outros, para se conseguir atingir determinadas propriedades do produto, ou facilitar a etapa de processamento. Ainda, essas matériasprimas que formam o sistema devem apresentar baixo teor de óxido de ferro (que afeta a coloração), já que a eficácia dos pigmentos adicionados à composição depende diretamente da brancura da peça (HECK, 1996). O caulim é de fundamental valor por constituir uma matériaprima de grande importância na produção do porcelanato, e é definido como sendo uma argila de granulometria fina, geralmente de cor branca e de boa inércia química. Os minerais que mais comumente constituem o caulim são: caulinita, haloisita, diquita e nacrita, e o mais importante industrialmente é a caulinita (Al 2O3.2SiO2.2H2O), formada por intemperismo ou por alteração hidrotérmica. Os caulins possuem composições químicas essencialmente similares, porém cada um possui suas próprias características estruturais. A caulinita na formulação da massa cerâmica para porcelanato tem seu emprego em teores, que variam de 10 a 15%, atribuindo a massa característica a cor branca após a sinterização (BIFFI, 2002). Os granitos são rochas ígneas que ocorrem frequentemente na crosta terrestre e são constituídos essencialmente por quartzo, feldspato e mica. São rochas duras e resistentes, sendo por essas qualidades que é usado como rocha ornamental para a construção civil (POPP, 1987). A partir das descrições pode-se definir porcelanato como sendo um revestimento cerâmico impermeável, totalmente vitrificado, esmaltado ou não, cuja peça queimada é branca ou artificialmente colorida e é feita a partir de uma mistura de caulim (ou argilas cauliníticas), quartzo e feldspato, os dois últimos constituintes do granito. 38 MATERIAL E MÉTODOS O fluxograma mostra detalhadamente o esquema de procedimento experimental para a fabricação do porcelanato através da utilização de resíduos de caulim e granito, além da argila. Figura 1. Distribuição espacial dos postos pluviométricos da área de estudo. Fonte: SOUSA (2014). As matérias-primas usadas na formulação de massas de porcelanato assumem em geral, configurações mineralógicas distintas e cada uma exerce uma função própria e específica. As formulações foram analisadas e estão apresentadas na tabela abaixo onde foram adotadas oito formulações F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7 e F8 com diferentes proporções de resíduos de caulim e granito; as quais foram caracterizadas, e em seguida avaliadas a potencialidade da formulação que após a sinterização seja menos propensa a absorção de água. Tabela 1. Formulações das massas cerâmicas para revestimento do tipo porcelanato. Matérias-primas Argila Resíduos de caulim Resíduos de granito Total F1 50% F2 50% F3 50% F4 50% F5 45% F6 45% F7 45% F8 45% 10% 15% 20% 25% 15% 20% 25% 10% 40% 35% 30% 25% 40% 35% 30% 45% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% Fonte: SOUSA (2014). 39 A absorção de água tecnicamente classifica as cerâmicas de revestimento junto a outras propriedades e representa o quanto de água é absorvido pelo corpo cerâmico após a sinterização. Determina sua resistência ao gelo, grau de porosidade e é inversamente proporcional ao grau de compactação. Para determinação de absorção de água (AA), os CP foram acondicionados em bandeja tipo gaveta com circulação total de água, dotada de pinos verticais. Em seguida, foram imersos em água destilada, com total submersão, mantendo uma lâmina de água de 5 cm acima da sua borda superior, submetidos à fervura por um período de 2 horas, e mantendo o nível dinâmico através de boia mecânica e, em seguida, arrefecidos em água destilada até a temperatura ambiente (ABNT, 1997). Em seguida, os CP foram retirados da bandeja e secos com pano de algodão umedecido para eliminação do excesso de umidade superficial e pesados em balança analítica para determinação da absorção de água, de acordo com a Equação, (SANTOS, 1989). AA(%) = (Pu-PS) x100 Ps Onde: AA – Absorção de água (%); Pu – Peso úmido (g); Ps – Peso seco (g). RESULTADOS E DISCUSSÃO A tabela mostra o resultado do ensaio de absorção de água realizado nas formulações, com os seus respectivos desvios padrões. Tabela 2. Valores médios de absorção de água (%) das formulações após a queima Temperatura F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 1200°C 1,82 ±0,05 2,1 ±0,21 2,81 ±0,03 2,5 ±0,11 0,75 ±0,03 0,52 ±0,06 1,52 ±0,06 0,54 ±0,03 40 Figura 2. Ensaio de absorção de água (%) dos corpos-de-prova. 3,2 Absorção de Água - AA (%) 2,8 2,4 2,0 1,6 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 1,2 0,8 0,4 0,0 1175 1200 1225 1250 Temperatura (°C) De acordo com o gráfico na temperatura de 1200°C, observa-se uma variação de absorção de água dos corpos-de-prova entre 0,52% (F6) e 2,81% (F3). Este comportamento está atribuído a quantidade de poros dos corpos-de-prova, sendo oriundos do processo de compactação e da sinterização, sendo responsável pelo arredondamento e fechamento parcial dos poros devido à coalescência por difusão térmica do material e, consequentemente, influenciando na absorção de água dos mesmos. Os corpos cerâmicos sinterizados a 1200°C de todas as formulações, caracterizam-se como produto de grés (Grupo BIb; 0,5%< AA < 3,0%). CONCLUSÕES Como os resultados são favoráveis, é notável o desenvolvimento deste estudo para a preservação dos recursos naturais, prolongando, de forma acentuada, a vida útil desses recursos não renováveis, e, ainda, reduzindo a destruição da paisagem, fauna e flora e validando, com isso, o potencial mineralógico da região do material estudado. A composição química e mineralógica das matérias-primas argila, resíduos de caulim e resíduos de granito influenciaram de forma determinante na propriedade tecnológica de absorção de água das formulações de massas cerâmicas para a produção de porcelanato. O uso de resíduos de caulim e de granito em massas cerâmicas se apresenta como excelente potencial para produção de porcelanato, de acordo com a propriedade tecnológica de Absorção de Água. Os corpos cerâmicos sinterizados a 1200°C de todas as formulações, caracterizam-se como produto de grés. 41 REFERÊNCIAS ANJOS, Cassia Mendonça; NEVES, Gelmires Araújo. 3. 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Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) -Programa de pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2008. 43 Capítulo 5 Avaliação biométrica de Pomeleiro ‘star ruby’ sob diferentes porta-enxertos no semiárido do Ceará Francisco Leandro Costa Loureiro Kássio Ewerton Santos Sombra Alexandre Caique Costa e Silva Orlando Sampaio Passos Debora Costa Bastos INTRODUÇÃO O cultivo de citros se caracteriza pela baixa diversificação de cultivares, predominando o cultivo de laranjas doces, negligenciando muitas vezes, espécies de menor consumo, como os pomelos (Citrus paradisi Macfad), pouco adotados nacionalmente (Oliveira et al., 2007; IBGE, 2015). Para os produtores do nordeste brasileiro, a expressão socioeconômica da citricultura é incontestável, no entanto, a produtividade ainda é baixa, fortemente influenciada pelos fatores edafoclimáticos, requerendo informações e tecnologias aplicadas as condições características do semiárido nordestino (Almeida e Passos, 2011; Silva et al, 2012). No Ceará, o cultivo de pomeleiros é produto de estudos através de um projeto que visa a revitalização da citricultura local, desenvolvido por uma parceria entre instituições de ensino, pesquisa e extensão, como a Embrapa Mandioca e Fruticultura, Embrapa Semiárido e Instituto Federal do Ceará. A parceria, busca atender ao mercado de fruta de mesa e promover o resgate de toda uma cadeia produtiva que se fixou historicamente nessa região, principalmente pelos pequenos citricultores familiares da macrorregião do Vale do Jaguaribe, onde insere-se o município de Russas, município que sobressaiu-se historicamente pelo cultivo de uma variedade nativa, chamada “Laranja de Russas”, havendo relatos do título regional de "Terra da Laranja Doce” (Passos et al., 2013; Sombra et al., 2015). 44 O pomelo se caracteriza por fruto de excelente qualidade, tanto para o mercado in natura quanto para a industrialização. Os pomelos ‘Star Ruby’ são ricos em vitamina C, fibras e substâncias antioxidantes, como o licopeno, associadas à prevenção de doenças e à redução dos níveis de colesterol, sendo extremamente valorizados no mercado internacional pela coloração mais avermelhada da polpa e do suco (Oliveira et al., 2012; Sobrinho et al., 2013). Diante da necessidade de informações sobre o desempenho de pomeleiros e diversificação de porta-enxertos na citricultura do semiárido cearense, o presente trabalho teve como objetivo de mensurar o desenvolvimento ao longo dos três anos iniciais de implantação de um pomar de pomeleiros ‘Star Ruby’ sob diferentes porta-enxertos cítricos, tolerantes ou resistentes aos principais estresses bióticos ou abióticos, em condições de semiárido cearense. MATERIAL E MÉTODOS A pesquisa foi conduzida entre 2013 e 2016, na Área Experimental de Citros - Nilson Mendonça, localizada na zona rural do município de Russas, localizada sob as coordenadas geográficas 4°53'0.10" S, 37°55'1.20" O, com altitude aproximada de 19m. Russas é um município cearense localizado na mesorregião do Vale do Jaguaribe, área circunscrita às coordenadas geográficas 4°56′24″ S, 37°58′33″ W, com altitude de 20,51m. O clima da microrregião é classificado como seco e muito quente, do tipo BSw ’h’ (Köppen). A temperatura média anual é de 28,5°C, com mínima de 22°C e máxima de 35°C e a precipitação média anual de 772mm. As plantas úteis utilizadas no experimento foram disponibilizadas, na forma de muda no torrão, através do Banco Ativo de Germoplasma de Citros da Embrapa Mandioca e Fruticultura, situada em Cruz das Almas – Bahia. Adotou-se Delineamento Inteiramente Casualizado (DIC), em esquema 6 x 4, utilizando combinações de copas de pomelo ‘Star Ruby’ (Citrus paradisi Macfad) com seis diferentes porta-enxertos e quatro repetições por tratamento, listando-se: T1 - Limão ‘Cravo Santa Cruz’; T2 - Citrandarin ‘San Diego’; T3 - Citrandarin ‘Indio’; T4 - Citrandarin 45 ‘Riverside’; T5 - Citrumelo ‘Swingle’ e T6 - Tangerina ‘Sunki Tropical. As plantas úteis foram transplantadas em covas previamente cavadas (40 x 40 x 40cm), distribuídas sob o espaçamento adensado de 5 x 2m em Vertissolo Hidromórfico Órtico Típico (SiBCS) previamente mecanizado e corrigido, utilizando-se análise física e química do solo como referência (Ribeiro et al., 1999). Realizou-se adubação de fundação utilizando composto orgânico, a base de bagana de carnaúba e esterco bovino, numa proporção de 20 litros por cova, logo em seguida, realizando-se o ‘coroamento’ e colocando-se cobertura morta a base de bagana de carnaúba. Adotou-se sistema de irrigação por microaspersão, dimensionado para suprir a demanda da cultura. Realizou-se monitoramento para pragas e doenças no pomar experimental, com intervalo mensal, realizando-se inspeção visual e registro da ocorrência ou não, e intensidade quando em casos positivos, utilizando-se de controle químico quando necessário. Realizaram-se biometrias aos 18, 24, 30 e 36 meses após o transplantio, mensurando-se a altura (h/m), medida do colo ao ápice; diâmetro de copa entre plantas e entre linhas (Dl e Dr) formando diâmetro médio de copa (D/m), utilizando trena milimetrada. Utilizou-se os dados obtidos para cálculo do volume de copa (V3/m3), através da aplicação da fórmula: V = (π/6) x H x Dl x Dr, descrita por Fallahi e Rodney (1992). Mensurou-se o diâmetro do caule 10 cm abaixo e acima do ponto de enxertia das plantas úteis, calculando-se a razão entre os diâmetros de caule de porta-enxerto e enxerto, sendo a compatibilidade plena considerada equivalente a 1 (Simonetti et al., 2015; Rodrigues et al., 2016) Os dados obtidos, para todas as variáveis, foram submetidos à análise de variância (ANOVA), e nos casos de diferença significativa, comparou-se as médias aplicando-se o Teste de Scott-Knott ao nível de 5% de probabilidade (p ≤ 0,05), utilizando-se software estatístico ASSISTAT® (Silva, 2014). RESULTADOS E DISCUSSÃO De acordo com a Tabela 1, observou-se diferença significativa nas variáveis analisadas quanto ao desenvolvimento vegetativo. Com relação 46 à Razão de compatibilidade (IC), quanto mais próximo de 1, maior a afinidade entre copa e porta-enxerto, e consequentemente maior compatibilidade. Os melhores valores obtidos foram nos tratamentos T1 e T5, 0,961 e 0,924, respectivamente. Os demais alcançaram valores acima de 0,8, demonstrando boa afinidade entre copa e porta-enxerto. Valores similares foram obtidos por Rodrigues et al. (2016), avaliando limeira ácida ‘Tahiti-02’ em 14 porta-enxertos. Considerando os valores obtidos nas variáveis altura, diâmetro e volume de copa, pode-se reunilos em três grupos distintos, como sendo: melhores resultados, desempenho intermediário e piores resultados. Avaliando os dados coletados aos 18 meses de idade, constatou-se que o Limoeiro ‘Cravo Santa Cruz’, Citrandarin ‘Riverside’ e Tangerina Sunki ‘Tropical’ obtiveram os melhores resultados em detrimento dos demais. Esse resultado está de acordo com Cintra et al. (2000), ao constatarem que o Limão ‘Cravo’ apresenta as melhores características de adaptação, o que permite inferir que este porta-enxerto deve sofrer menor nível de estresse nos períodos de déficit hídrico ou de maior demanda por água, principalmente na região semiárida, com baixas precipitações e irregularidade na distribuição. Tabela 1. Avaliação biométrica do desenvolvimento vegetativo, descriminando-se altura (h/m), diâmetro médio de copa (D/m) e volume de copa (V3/m3) aos 18 e 24 meses após o transplantio, Russas, Ceará Período 18 meses após o transplantio 24 meses após o transplantio Copa Copa Altura Porta-enxertos Diâmetro Volume Diâmetro Volume (m) (m) (m3) (m) (m3) T1 – PSR x LCSC 1,31 a 1,350 a 1,251 a 1,78 a 1,732 a 2,839 a T2 – PSR x CSD 0,91 b 0,890 b 0,426 c 1,20 b 1,245 b 1,033 b T3 – PSR x CI 1,01 b 0,818 b 0,387 c 1,39 a 1,226 b 1,309 b T4 – PSR x CR 1,17 a 1,078 a 0,725 b 1,49 a 1,572 a 2,060 a T5 – PSR x CSW 0,81 b 0,611 b 0,234 c 0,92 b 0,781 c 0,404 c T6 – PSR x TST 1,13 a 0,985 b 0,578 b 1,54 a 1,300 b 1,391 b C. V. (%) 19,24 20,07 33,97 19,46 22,26 48,46 3,2602 Valor F 6,8146 * 12,4896 * 4,8616 * 5,0663 * 5,3657 * * *Médias seguidas pela mesma letra na coluna não diferem estatisticamente entre si, pelo teste ScottKnott ao nível de 5% de probabilidade (p ≤ 0,05). Altura (m) Com o decorrer do experimento, o Citrandrin ‘Índio’ ganhou destaque e se igualou aos melhores resultados nas avaliações aos 24 e 30 47 meses após o transplantio como observado na Tabela 2. Aos 36 meses de idade, o Limoeiro Cravo ‘Santa Cruz’ obteve melhor resultado quanto à altura (2,19m), não diferindo do Citrandarin ‘Riverside’ (1,93m). Em condições de ambiente protegido, a emergência de Citrandarin ‘Riverside’ é mais rápida e uniforme em relação aos demais genótipos, é o que foi constatado por Rodrigues et al (2015). Valores intermediários foram alcançados para o Citrandarin ‘Índio’ e Tangerina Sunki Tropical. Em relação ao volume de copa, destaca-se, inicialmente, o Limão Cravo ‘Santa Cruz’ (Figura 1). Figura 1. Desenvolvimento vegetativo, representado pelo volume de copa (V3) em função do tempo para os diferentes tratamentos, Russas, Ceará Após as leituras aos 24 até os 36 meses, o Citrandarin ‘Riverside’ passou a atuar paralelamente com valores próximos (5,7m 3 e 4,4m3, respectivamente, aos 36 meses) corroborando com Brito et al. (2012) que verificaram a combinação do limoeiro ‘Cravo Santa Cruz’ e o pomeleiro ‘Star Ruby’ ter potencial para o semiárido devido ao melhor comportamento fisiológico e apresentar maior eficiência no uso da água e produção de fitomassa. O entrave para utilização de tal porta-enxerto no Ceará é a suscetibilidade à gomose de Phytophthora sp. que dizimou a maioria dos pomares de laranja doce no Vale do Jaguaribe (Medina Filho 48 et al., 2003). O Citrumelo ‘Swingle’ auferiu o pior resultado em todas as variáveis e em todas a avaliações. Foi o segundo porta-enxerto mais utilizado em 2004-2007, quando participou de 20,4% das mudas em São Paulo, contudo, em vista da obtenção de volume de copa menor, é indicado para cultivos que utilizem elevadas densidades (Pompeu Junior e Blumer, 2008). As plantas com esse porta-enxerto são mais exigentes em adubação, especialmente potássio, o que pode ter induzido tal resultado (Bastos et al., 2014). Tabela 2. Avaliação biométrica do desenvolvimento vegetativo, descriminando-se altura (h/m), diiâmetro médio de copa (D/m) e volume de copa (V3/m3) aos 30 e 36 meses após o transplantio, Russas, Ceará Período 30 meses após o transplantio 36 meses após o transplantio Copa Copa Altura Altura Porta-enxertos Diâmetro Volume Diâmetro Volume (m) (m) (m) (m3) (m) (m3) T1 – PSR x LCSC 1,97 a 1,917 a 3,861 a 2,19 a 2,227 a 5,701 a T2 – PSR x CSD 1,31 b 1,311 b 1,271 b 1,44 c 1,618 b 2,114 b T3 – PSR x CI 1,55 a 1,422 b 1,813 b 1,75 b 1,710 b 2,906 b T4 – PSR x CR 1,72 a 1,796 a 2,969 a 1,93 a 2,080 a 4,431 a T5 – PSR x CSW 0,96 c 0,966 c 0,670 c 1,06 c 1,303 b 1,326 c T6 – PSR x TST 1,60 a 1,506 b 1,922 b 1,63 b 1,781 b 2,754 b C. V. (%) 15,29 19,60 38,22 15,03 18,43 32,90 9,0563 9,8086 Valor F 5,5359 * 8,4440 * 4,0384 * 9,1702 * * * *Médias seguidas pela mesma letra na coluna não diferem estatisticamente entre si, pelo teste Scott-Knott ao nível de 5% de probabilidade (p ≤ 0,05). CONCLUSÕES A utilização do limoeiro ‘Cravo Santa Cruz’ como porta-enxerto do pomeleiro ‘Star Ruby’ proporcionou maior desenvolvimento vegetativo inicial, demonstrando que o porta-enxerto sofreu menor estresse, apresentando rápida adaptação e elevado vigor diante das condições edafoclimáticas do semiárido cearense, inferindo à copa desenvolvimento vegetativo satisfatório nos três anos iniciais após a implantação do pomar cítrico, período de suma importância para estabelecimento da fruteira em campo. 49 Em substituição ao Limoeiro ‘Cravo’, recomenda-se a utilização do Citrandarin ‘Riverside’, desenvolvendo-se de forma rápida e uniforme em condições de clima e solo similares. O menor desenvolvimento vegetativo inicial foi inferido pela utilização do Citrumelo ‘Swingle’ como porta-enxerto em condições de semiárido. REFERÊNCIAS Almeida, C. O. de; Passos, O. S. Citricultura brasileira: em busca de novos rumos desafios e oportunidades na região Nordeste. 1ª ed. 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Tais patologias poderiam ser prevenidas caso a edificação fosse impermeável à água e permeável ao vapor de água (COSTA, 2008). Nesse contexto, o uso de aditivos hidrofugantes e impermeabilizantes se tornam cada vez mais presente na construção civil, com o principal intuito de evitar o aparecimento de patologias. Estes aditivos, de modo geral, impedem que a água seja atraída por absorção ou sucção, reduzindo a permeabilidade e agindo sobre a estrutura capilar da pasta de cimento (DRANSFIELD, 2003). Assim, diante do exposto o presente trabalho tem por objetivo analisar a influência da adição de aditivos hidrofugantes/impermeabilizantes nas propriedades de argamassas. MATERIAL E MÉTODOS Foram analisados dois traços de argamassas mistas de 1:2:6 e 1:0,5:6, ambos em volume de Cimento Portland Composto com Pozolana CP II- Z 32, cal hidratada (CH - III) e areia natural. No traço 1:0,5:6 foi adicionado aditivo incorporador de ar, na porcentagem de 0,3% da massa de cimento, no intuito de reduzir a relação água/cimento e 52 substituir parte da cal da mistura, conforme recomendação de Gava, Mancini e Sakai (2015). Confeccionou-se 18 argamassas mistas, sendo 9 de cada traço, duas delas de referência sem a adição de aditivo e as demais com a adição de aditivos hidrofugantes e/ou impermeabilizantes. Testou-se 4 tipos de aditivos, 3 com propriedades impermeabilizantes e 1 com propriedade hidrofugante, sendo que cada aditivo foi testado em dois teores, um teor correspondendo ao teor máximo recomendado pelo fabricante e o outro teor correspondendo ao teor máximo acrescido de 50%. A quantidade de água nas misturas foi definida de forma que o índice de consistência (Flow Table) das argamassas de referência fosse de 250±5 mm, sendo que nas argamassas com aditivos hidrofugante ou impermeabilizante a quantidade de água foi mantida constante e igual a da argamassa de referência. Na Tabela 1 são apresentados os consumos de materiais para produção das duas argamassas e na Tabela 2 as principais características dos aditivos empregados. Tabela 1. Consumo de materiais para 3,6 L de argamassa Traço 1:2:6 Massa de cimento (g) 819,08 Massa de areia (g) 7748,75 Massa de cal (g) 1130,39 Massa de água (g) 2127,20 Relação água/materiais secos (H, %) 22 1:0,5:6 819,08 7748,75 282,60 1232,96 14 Tabela 2. Principais características dos aditivos empregados Tipo de aditivo Densidade (g/cm³) Propriedade Dosagem recomendada pelo fabricante Aditivo 1 1,10 Impermeabilizante 1% da massa de cimento Aditivo 2 0,30 Hidrofugante 1,05 Impermeabilizante 1,0 – 1,10 Impermeabilizante Aditivo 3 Aditivo 4 0,15 a 0,5% da massa de materiais secos 4% da massa de cimento 4% da massa de cimento Composição Cimento Portland, sílica e diversas substâncias químicas ativas Estearato de cálcio (99,5% de concentração) Sais metálicos e silicatos Sais inorgânicos 53 Para cada argamassa produzida, foram realizados 3 ensaios no estado fresco e 4 ensaios no estado endurecido, sendo as propriedades analisadas: Índice de consistência na mesa de queda livre – ABNT NBR 13276 (2005); Massa específica – ABNT NBR 13278 (2005); Retenção de água – ABNT NBR 13277 (2005); Resistência à compressão e resistência à tração na flexão – ABNT NBR13279 (2005); Absorção de água por capilaridade – ABNT NBR 9779 (2012); Absorção total – ABNT NBR 9778 (2005). RESULTADOS E DISCUSSÃO De maneira geral, observou-se que os aditivos não tiveram grandes influências nas propriedades no estado fresco da argamassa conforme observado nos resultados dos índices de consistência (Tabela 3) e nos resultados de massa específica e retenção de água (Figura 1). Tabela 3. Índice de Consistência no estado fresco das argamassas Traço argamassa Teor de aditivo Argamassa Referência - Aref Argamassa com Aditivo 1 - A1 Argamassa com Aditivo 2 - A2 Argamassa com Aditivo 3 - A3 Argamassa com Aditivo 4 - A4 Índice de Consistência (mm) 1:2:6 1:0,5:6 Teor 1 Teor 2 Teor 1 Teor 2 237,0 251,9 246,5 243,0 240,0 221,5 241,6 260,4 235,0 227,1 263,0 262,5 227,6 248,8 245,5 271,0 232,5 261,6 As propriedades das argamassas no estado fresco não foram alteradas pela presença dos aditivos. No traço 1:2:6 observou-se que as argamassas tiveram aumento no índice de consistência, ou seja, tornaram-se mais fluidas quando foram empregados os aditivos, enquanto no traço 1:0,5:6, pode-se perceber que a maioria das argamassas aditivadas tiveram redução no índice de consistência. 54 Figura 1. Massa específica (colunas) e retenção de água (linhas) no estado fresco das argamassas. As propriedades de massa específica e retenção de água foram praticamente inalteradas com os aditivos, a variação que houve foi em relação ao traço empregado. A argamassa com menor teor de cal e com aditivo incorporador de ar apresentou maiores valores de retenção de água e menores massa específica no estado fresco. No estado endurecido, houve influência dos aditivos nas propriedades das argamassas. Figura 2. Resistência à tração na flexão (colunas) e na compressão (linhas) no estado endurecido. Na Figura 2, observa-se que as argamassas com traço 1:0,5:6 apresentaram maiores valores de resistência à compressão e à tração na flexão, o que pode ser explicado pela menor relação água/cimento, devido a utilização do aditivo incorporador de ar. Em relação a influência dos aditivos impermeabilizantes e hidrofugantes, observa-se que as argamassas com aditivo hidrofugante (A2) foram as que apresentaram as maiores resistências. 55 Tabela 4. Absorção total no estado endurecido das argamassas Traço argamassa Teor de aditivo Argamassa Referência - Aref Argamassa com Aditivo 1 - A1 Argamassa com Aditivo 2 - A2 Argamassa com Aditivo 3 - A3 Argamassa com Aditivo 4 - A4 Absorção Total (%) 1:2:6 1:0,5:6 Teor 1 Teor 2 Teor 1 Teor 2 19,66 10,87 18,32 17,79 11,16 11,30 17,20 16,88 10,33 7,80 20,62 18,18 11,85 10,92 22,05 18,05 14,77 11,38 Verifica-se na Tabela 4 que as argamassas com aditivos impermeabilizantes (A1, A3 e A4) apresentaram valores de absorção total semelhantes ou até maiores do que a argamassa de referência, enquanto aquelas com o aditivo hidrofugante (A2) apresentaram menores valores de absorção total, demonstrando maior eficácia deste aditivo em evitar a entrada de água na argamassa. Nas Figuras 3 e 4 são apresentados os resultados de absorção de água por capilaridade ao longo do tempo das argamassas estudadas. Figura 3.Absorção de água por capilaridade do traço 1:2:6. 56 Figura 4. Absorção de água por capilaridade do traço 1:0,5:6. Observa-se que as argamassas com aditivos impermeabilizantes (A1, A3 e A4), em ambos os traços, apresentaram valores de absorção de água por capilaridade semelhantes ou superiores ao da argamassa de referência, enquanto o aditivo hidrofugante (A2) provocou nas argamassas uma redução da absorção de água por capilaridade, sendo esta redução mais expressiva no Teor 2. Além disso, nas argamassas do traço 1:0,5:6 obteve-se valores menores de absorção de água por capilaridade, isto pode ter sido provocado pela menor relação água/materiais secos destas misturas, que tendo menos água em sua composição pode ter menor porosidade e consequente menor permeabilidade. Além disso, as argamassas de traço 1:0,5:0,6 continham aditivo incorporador de ar e sabe-se que as bolhas de ar incorporadas por este tipo de aditivo não são interligadas o que não provoca aumento da permeabilidade, podendo até reduzi-la. CONCLUSÃO Constatou-se que o emprego dos aditivos impermeabilizantes ou hidrofugantes não causaram alterações significativas das propriedades tanto no estado fresco quanto no estado endurecido das argamassas, exceto nas propriedades de absorção. Observou-se que para ambos os traços, os aditivos impermeabilizantes não provocaram reduções significativas nas propriedades de absorção total e absorção por capilaridade das argamassas, provocando em alguns casos até aumento dos índices de 57 absorção, indicando que não apresentaram o desempenho desejado de promover impermeabilização das argamassas. O aditivo hidrofugante apresentou redução significativa dos índices de absorção total e absorção por capilaridade, indicando que atuou alterando as propriedades da argamassa que se propunha e que é possível produzir argamassas menos permeáveis com estes aditivos. Dessa forma, nota-se a importância de avaliar o desempenho dos aditivos disponíveis no mercado, testando-os nas propriedades que se propõe alterar. REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13276: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos – Preparo da mistura e determinação do índice de consistência. Rio de Janeiro, 2005. _____. NBR 13277: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos – Determinação da retenção de água. Rio de Janeiro, 2005. _____. NBR 13278: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos – Determinação da densidade de massa e do teor de ar incorporado. Rio de Janeiro, 2005. _____. NBR 13279: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos – Determinação da resistência à tração na flexão e à Compressão. Rio de Janeiro, 2005. _____. NBR 9778: Argamassa e concretos endurecidos – Determinação da absorção da água, índice de vazios e massa específica. Rio de Janeiro, 2005. _____. NBR 9779: Argamassa e concretos endurecidos – Determinação da absorção da água por capilaridade. Rio de Janeiro, 2012. COSTA, L. L. O uso de argamassas tradicionais e pré-doseadas para impermeabilização em revestimentos exteriores. 2008. 125 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade de Trás-OsMontes e Alto Douro, Vila Real, 2008. COUTINHO, S. M.; PRETTI, S. M.; TRISTÃO, F. A. Argamassa preparada em obra x argamassa industrializada para assentamento de blocos de vedação: Análise do uso em Vitória-ES. Teoria e prática na Engenharia Civil, n. 21, p. 41-48, 2013. 58 DRANSFIELD, J. de. Admixtures for concrete, mortar and grout. In: NEWMAN, John; CHOO, Han Seng; Advanced Concrete Technology – Constituent Materials. 1º ed. Burlignton: Elsevier Butterworth Heinemann, 2003. 1v. GAVA, G. P.; MANCINI, P. S.; SAKAI, H. H. Influência do aditivo incorporador de ar nas propriedades das argamassas de assentamento. In: CONGRESSO TÉCNICO CIENTÍFICO DA ENGENHARIA E DA AGRONOMIA, 72, 2015, Fortaleza. Anais. Fortaleza: 2015. 59 Capítulo 7 Avaliação do processo produtivo de blocos cerâmicos por meio do controle estatístico do processo Fabíola Kaczam Rafael Vieira dos Santos José Airton Azevedo dos Santos Edna Possan Carla Adriana Pizarro Schmidt INTRODUÇÃO O Bloco Cerâmico é um dos componentes básicos da construção de alvenaria, seja ela de vedação ou estrutural. A produção se dá, essencialmente, por meio do tratamento e conformação da argila. Em geral, as peças produzidas possuem a forma de paralelepípedo, de coloração avermelhada, com furos ao longo do seu comprimento. Os Blocos de Vedação são aqueles destinados à execução de paredes que suportarão o peso próprio e pequenas cargas de ocupação (armários, pias, lavatórios) e geralmente são utilizados com os furos na posição horizontal (Anicer, 2002). A produção cerâmica é feita, em sua maioria, por empresas de pequeno e médio porte, de capital nacional (Nunes & Resende, 2013). Estas empresas empenham-se em apresentar produção para atender a demanda do mercado. Entretanto, muitas delas, não atendem os critérios de qualidade estabelecidos pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) e pelo Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO). Sendo assim, para auxiliar o setor industrial, o Sindicato das Indústrias Cerâmicas (SINDICER), a Associação Brasileira de Cerâmica (ABC), o Centro Cerâmico do Brasil (CCB), dentre outras instituições, têm realizado esforços a fim de mobilizar do setor, incentivando o desenvolvimento de pesquisas tecnológicas, visando a certificação de seus produtos por meio de procedimentos estabelecidos pelo Programa Setorial de Qualidade de Blocos Cerâmicos PSQ-BC (Anicer, 2010). 60 A qualidade e o desempenho4 das alvenarias, afeta diretamente os subsistemas dos edifícios como: estruturas, instalações, esquadrias, revestimentos e impermeabilização. Além disso, tem influência na vida útil, nos custos de execução e manutenção das edificações. Devido à importância da qualidade da produção cerâmica para a Construção Civil, o objetivo deste estudo foi o de acompanhar e investigar o processo de produção de Bloco Cerâmico de Vedação, fabricado por uma indústria da Região Oeste do Estado do Paraná, por meio da construção de Gráficos Estatísticos de Controle do Peso, Espessura, Diâmetro (dos furos) e Dimensões Geométricas Efetivas (Largura, Altura e Comprimento), com vistas a conhecer os valores médios e os limites inferiores e superiores que a indústria tem alcançado ao longo de sua produção para esses atributos do produto. MATERIAIS E MÉTODOS O produto escolhido para realização dos testes foi o Bloco Cerâmico de Vedação de 6 furos redondos, com as respectivas dimensões: Largura (90 mm), Altura (140 mm) e Comprimento (240 mm). Os dados coletados para análise foram o peso em Kg por meio do uso de uma balança e as medidas de Diâmetro dos Furos, Espessura, Comprimento, Altura e Largura em mm com auxílio de um paquímetro. Os valores foram registrados em uma Planilha Eletrônica Microsoft® Excel. De acordo com Ryan (2011) a amostragem mínima necessária para construção de Gráficos de Controle é de 100 peças, sendo que o uso de valores médios é o mais indicado por quase sempre obedecerem aos pressupostos de normalidade dos dados, pois de acordo com o teorema central do limite a média de uma amostra de n elementos de uma população tende a distribuição normal. Para atender a essas necessidades, bem como a norma NBR15270-1:2005 da ABNT (ABNT, 2005), optou-se por coletar 13 peças a cada lote de produção de 20.000 unidades, o mesmo foi realizado ao longo da produção de 10 lotes, totalizando 130 peças. Os valores médios foram obtidos com base nas 10 repetições do processo pelos dados de uma peça de cada lote, escolhida aleatoriamente, objetivando ao final ter a representação da média geral do processo produtivo da empresa. O pressuposto da normalidade foi avaliado antes da construção dos gráficos conforme sugere Ryan (2011), com auxílio do software Gretl por meio do teste de Doornik-Hansen. 4 Segundo a NBR 15575: 2013, Desempenho é “comportamento em uso”. 61 A seguir prosseguiu-se com a construção dos gráficos de controle e obtenção dos valores médios e limites superiores e inferiores de produção com auxílio do software Action Stat® 3.0. Os valores obtidos nos gráficos foram sempre que possível comparados com os valores padrão descrito para esse produto pela norma NBR15270-1:2005 da ABNT (ABNT, 2005), ou com valores obtidos em outros estudos presentes na literatura científica. RESULTADOS E DISCUSSÃO De acordo com os resultados apresentados na Figura 1 as médias dos dados de todos os seis atributos dos 130 Blocos Cerâmicos avaliados, apresentaram distribuição aproximada à normal, atendendo ao pressuposto e possibilitando a construção de Gráficos de Controle para todas as seis variáveis acompanhadas ao longo do processo produtivo dos 10 lotes. Na sequência os gráficos de controle foram construídos para todas as seis variáveis acompanhadas e podem ser visualizados nas Figuras 2 a 7. Ao observar os Gráficos de Controle construídos notou-se que tanto a média quanto os desvios padrão calculados para cada uma das 13 médias resultantes de 10 repetições do processo para todos os atributos do produto acompanhados estiveram sob controle não saindo dos limites estabelecidos pelos cálculos realizados. Isso nos leva a concluir que o processo estudado está isento de causas especiais, com base nos gráficos de média, que também não apresentam grande variabilidade de acordo com os gráficos de desvio padrão. Costa et al. (2012), explicam que os limites de especificação não podem ser confundidos com os limites naturais do processo ou mesmo com os valores indicados como Limites Superiores e Inferiores de Controle, apresentados na Tabela 1. O autor explica, ainda, que mesmo processos sob controle, que não apresentam pontos fora das linhas do gráfico, podem não ser capazes e que processos capazes podem não estar sob controle, tendo em vista que para saber se o processo está atendendo os limites de especificação uma análise de capacidade deve ser realizada. Mesmo não podendo afirmar sobre a capacidade do processo, ao comparar os valores médios obtidos para as dimensões efetivas de Comprimento, Altura e Largura e seus limites (Figuras 5, 6 e 7), é possível verificar que estes valores obedecem ao limite de tolerância 62 especificado pela norma NBR15.270-1:2005 da ABNT (ABNT, 2005), que indica um limite de 3 mm para valores médios. A medida nomeada como “Espessura” refere-se a medida das Paredes Externas dos Blocos Cerâmicos, a norma NBR 15.270-1 estabelece que o valor mínimo para as mesmas é de 7 mm. Ao observar a Figura 4, é possível verificar que este atributo, assim como o Comprimento, a Altura e a Largura, também está sob controle. A Tabela 1, mostra que o Limite Inferior de Controle (LIC) é de 7,727 mm, no Histograma da Espessura (Figura 1), também é possível verificar que não há valores inferiores a 7 mm. Sendo assim, pode-se dizer a exigência mínima estabelecida pela norma, é atendida Figura 1 – Histogramas de distribuição dos valores obtidos nas 13 médias, resultantes das 10 repetições do processo de produção da empresa para os seis atributos dos Bloco Cerâmico acompanhados 63 Figura 2 – Gráficos de controle de média e do Desvio Padrão do Peso dos Blocos Cerâmicos. Figura 3 – Gráficos de controle de média e do Desvio Padrão do Diâmetro dos Blocos Cerâmicos. Figura 4 – Gráficos de Controle de Média e do Desvio Padrão da Espessura dos Blocos Cerâmicos. Figura 5 – Gráficos de Controle de Média e do Desvio Padrão do Comprimento dos Blocos Cerâmicos. Figura 6 – Gráficos de Controle de Média e do Desvio Padrão da Altura dos Blocos Cerâmicos. Figura 7 – Gráficos de Controle de Média e do Desvio Padrão da Largura dos Blocos Cerâmicos. 64 Neste trabalho, também foram analisadas as medidas do Peso e do Diâmetro dos Furos dos Blocos Cerâmicos, a fim de complementar a análise das peças produzidas pela indústria. No entanto, estas medidas ainda não foram padronizadas pelas entidades competentes tais como, a ABNT e o INMETRO. Mesmo assim, é possível observar, nas Figuras 2 e 3, que tanto o Peso das peças, como Diâmetro estão sob controle. Tabela 1 – Valores dos dados calculados pelo software Action Stat para a média e os limites de controle do processo da empresa para o gráfico de Média (X-Barra) e para o Desvio Padrão do Processo Valores Obtidos para o Gráfico X-Barra para os Atributos Acompanhados Pes Diâmet Espessu Comprimen Largu o ro ra to Altura ra Limite 2,63 144,62 93,90 Superior 6 35,277 11,791 241,423 2 4 Linha de 2,56 142,03 91,72 centro 3 33,164 9,759 237,923 1 6 Limite 2,49 139,44 89,54 Inferior 1 31,051 7,727 234,423 0 7 Valores Obtidos para o Gráfico do Desvio-Padrão para os Atributos Acompanhados Pes Diâmet Espessu Comprimen Largu o ro ra to Altura ra Limite 0,12 Superior 7 3,718 3,576 6,159 4,559 3,833 Linha de 0,07 centro 4 2,167 2,084 3,588 2,656 2,233 Limite 0,02 Inferior 1 0,615 0,591 1,018 0,754 0,634 A variabilidade dos resultados obtidos pode ser verificada nos gráficos de desvio padrão, observou-se que nenhum ponto desse gráfico saiu fora dos limites de controle demonstrando que a variabilidade, assim como a média também esteve sob controle. Para as medidas de diâmetro, espessura, largura e altura observou-se que os gráficos de controle dos desvios ultrapassaram a linha de dois desvios em pelo menos um ponto indicando que para esses itens citados uma maior variabilidade foi observada. 65 CONCLUSÃO Com base nos valores de Limite Inferior de Controle (LIC) e Limite Superior de Controle (LSC) encontrados, percebeu-se que todos os atributos analisados, em média, estiveram sob controle ao longo do processo produtivo e estiveram de acordo com os valores previstos pela norma. Os gráficos de controle construídos para os valores de desvio padrão também estiveram sob controle indicando uma variabilidade baixa para o processo. Contudo, para confirmar a capacidade produtiva do processo, uma análise de capacidade do mesmo se faz necessária. REFERÊNCIAS ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Componentes cerâmicos. Parte 1: Blocos Cerâmicos para alvenaria de vedação – Terminologia e requisitos. NBR 15270-1:2005. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Desempenho de Edifícios Habitacionais NBR 15575 - Partes 1:2013. Anicer. Associação Nacional da Indústria Cerâmica. Manual de Bloco Cerâmico. Rio de Janeiro. 2002. Disponível em: http://www.anicer.com.br/manuais/bloco.rtf. Acesso em: 12 de junho de 2016. Anicer. Associação Nacional da Indústria Cerâmica. Texto Matriz: Programa Setorial da Qualidade – Blocos Cerâmicos. Rio de Janeiro. 2010. Disponível em: www.anicer.com.br/images/psq/tmblocos2010rev1.pdf. Acesso em: 12 de junho de 2016. Costa, A. F. B.; Epprecht, E. K.; Carpinetti, L. C. R. Controle Estatístico de Qualidade. 2.ed., São Paulo: Atlas, 2012. Nunes, A. C. N.; Resende, S. S. Guia Técnico Ambiental da Indústria de Cerâmica Vermelha. Belo Horizonte: Federação das Indústrias do Estado de Minas Gerais (FIEMG) e Fundação Estadual do Meio Ambiente de Minas Gerais (FEAM), 2013. Disponível: http://www.feam.br/images/stories/producao_sustentavel/GUIAS_TEC NICOS_AMBIENTAIS/guia_ceramica.pdf. Acesso em: 12 de junho de 2016. Ryan, T. Estatística Moderna para Engenharia. Rio de Janeiro: Elsevier, 2011. 324p. 66 Capítulo 8 Balanço de massa e de energia do sistema de ultrafiltração para tratamento de água Ronald Gervasoni Cristina Carvalho Alexandre Moreno Lisboa Karina Kriguel INTRODUÇÃO O tratamento de água usualmente adotado no Brasil composto por adução, coagulação, decantação/flotação e filtração começa a perder o posto em face de novas tecnologias apresentadas no mercado brasileiro como a tecnologia de tratamento de água utilizando membranas filtrantes. Sistemas estes adotados largamente em países desenvolvidos, hoje se faz presente cada vez mais na concepção de novos projetos. A quantidade de agentes químicos, físicos e biológicos nos reservatórios também é crescente e os meios convencionais de tratamento não possuem eficiência desejada pra retirada desses, sendo assim a tecnologia por membranas começa a despontar como alternativa técnica e de maior eficiência energética (MIERZWA et al., 2008). O estudo do balanço de massa e energia de sistemas com membranas de ultra ou nanofiltração, osmose reversa e outros, resultam na verificação de sua maior eficácia no que tange a qualidade da água produzida bem como a questão da eficiência no consumo de energia elétrica. Portanto, este trabalho tem como objetivo avaliar, a partir do balanço de massa e energia, um sistema piloto de tratamento de água com membrana de ultrafiltração a fim de subsidiar novas alternativas para o processo de saneamento. MATERIAIS E MÉTODOS O processo de desenvolvimento do estudo se iniciou com a coleta dos dados das vazões mássicas e energéticas do sistema durante os quatro estágios que esse possui - a ultrafiltração, a limpeza hidráulica 67 e as limpezas químicas A e B. Abaixo se apresenta o fluxograma do processo relacionado a este estudo (Figura 1). Figura 1. Fluxograma da estação piloto de ultrafiltração para tratamento de água. A primeira etapa do desenvolvimento foi o balanço de energia da estação piloto, cuja medição foi realizada com o auxílio de um analisador de energia da EMBRASUL modelo RE6000, no qual se avaliou a potência, tensão e corrente do sistema, sendo possível a obtenção de valores para a análise energética. Para a segunda etapa, primeiramente, admitiu-se que para o balanço de massa não há reação química e ocorre em estado estacionário, ou seja, não há acúmulo durante o processo. Foram realizados cálculos para as quatro etapas da estação piloto, variando-se entre os dois tempos possíveis na etapa de ultrafiltração. Utilizou-se o balanço global e os volumes de controle para auxiliar no cálculo de cada parte. A limpeza química é realizada pela limpeza A e a limpeza B, as quais ocorrem após determinado número de ciclos, sendo possível programa-los variando de 100 a 300 ciclos para a primeira e 200 a 400 ciclos para a segunda. Optou-se pelo menor número de ciclos possível em cada limpeza, para que houvesse menor tempo de análise. Os processos de limpeza – hidráulica e química - ocorrem na mesma sequência, diferindo a adição ou não de produtos químicos. A limpeza A utiliza hidróxido de sódio e cloro e a limpeza B utiliza ácido clorídrico. As etapas desse processo se encontram a seguir: I. Dosagem do químico, dosadora em 100% por 64 segundos; II. Limpeza hidráulica de 5 segundos, com descarte do excedente; III. Fecham-se as válvulas e inicia a limpeza química com a bomba de recirculação por 10 minutos; IV. Limpeza hidráulica de 50 segundos, com descarte do excedente. 68 RESULTADOS E DISCUSSÃO Desenvolveram-se as medições para o balanço energético por cerca de 30 minutos, sendo que o piloto já estava em funcionamento por 20 minutos, separando-se em três fases, chamadas de A, B e C, na qual foram medidas as tensões, correntes e potências. Essas medições podem ser observadas no gráfico abaixo (Figura 2). O espaço verde significa que a medição está em um limite adequado, o amarelo indica que é precário e a vermelha indica crítica. Figura 2. Gráfico de análise energética Pode-se constatar que há um ponto de inflexão mais agudo no momento em que a retrolavagem, ou limpeza hidráulica, é ativada, gerando um ponto de medição crítico. Com os dados foram obtidos os valores médios e construiu-se a tabela a seguir. Tabela 1. Valores médios do balanço de energia Fase A Fase B Tensões (V) 124,76 123,86 Correntes (A) 2,31 2,29 Potências ativas (kW) 0,244 0,255 Potências reativas (kVAr) 0,154 0,123 Potências aparentes (KVA) 0,289 0,283 Fatores de potência 0,846 0,901 Fase C 121,08 2,17 0,229 0,128 0,263 0,873 Total 0,728 0,405 0,835 69 O valor da potência ativa média tornou viável o cálculo da quantidade de energia demandada pelo sistema. Utilizando o valor da vazão entrada de 2,72 m³/h obteve-se 0,31 KWA/m³, sendo 9 vezes menor que o valor requerido na estação piloto de tratamento convencional da SANEPAR. Para o balanço de massa foram consideradas as quatro fases: ultrafiltração, limpeza hidráulica, limpeza A e limpeza B. Na ultrafiltração separou-se o balanço global, o volume de controle 1 e o volume de controle 2, os quais podem ser identificados na figura 3. Com a dosagem de hipoclorito de sódio (solução de cloro a 1%) resultou nos valores encontrados na TABELA 2. Tabela 2. Valores do balanço de massa da etapa de ultrafiltração. Corrente Qentrada Componentes Alimentação bomba QT1/QT2 Turbidimetro de entrada Turbidimetro de saída Qs1/Qa1 Dosadora de soda Dosadora de ácido QF Filtro Vazão (m³/h) 2,72 Corrente Componentes Q1 Entrada membrana Dosadora de cloro (1%) Vazão (m³/h) 2,7012 0,0144 Qcl1 0,00054 0,005 Qsaída Água tratada teórica 2,70174 0 Qsaída Água tratada estimada prática 2,53 Utilizando o volume tratado por hora, adotando-se o tempo de 0,75h (45 minutos) e 1h (60 minutos), é possível inferir que é produzido teoricamente cerca de 2040 L e 2720 L, respectivamente, e com os valores obtidos na prática cerca de 2026,05L e 2701,4L, respectivamente, de água tratada na estação. Cada etapa da ultrafiltração é considerada um ciclo. Na limpeza hidráulica, a qual ocorre ao fim de cada ciclo da ultrafiltração, utilizou-se um volume de controle para a bomba de retrolavagem, para conhecimento da vazão de entrada na membrana, e um volume de controle na membrana. Utilizou-se também o volume de controle global, o qual indica que a entrada é igual a saída. A dosagem de cloro nas limpezas foi de 100%. 70 Tabela 3. Valores do balanço de massa da etapa de limpeza hidráulica. Corrente Componentes Vazão (m³/h) Qretro1 Bomba de retrolavagem 26,7 Qcirc Bomba de recirculação 1,94 Qsaída circ Saída total do concentrado 26,7 A limpeza hidráulica A e B ocorrem após 100 e 200 ciclos, respectivamente, da ultrafiltração. Elas possuem o mesmo princípio de funcionamento da limpeza hidráulica, porém há adição de químicos. Há adição de hidróxido de sódio a 10% e cloro a 10% na limpeza A e ácido clorídrico a 10% na limpeza B, além do funcionamento do turbidimetro nessa etapa. Na TABELA 4, apresenta os valores do balanço de massas das etapas de limpeza, os valores medidos de vazão de alimentação, recirculação e os componentes de atuação. Tabela 4. Valores do balanço de massa das etapas de limpeza A e B. Corrente Qretro1 Qa2/Qs2/Qcl2 T1/T2 Componentes Bomba de retrolavagem Dosadora ácido (100%) Dosadora soda (100%) Dosadora cloro (100%) Turbidimetro de saída Turbidimetro de entrada Vazão (m³/h) Corrente Componentes Vazão (m³/h) 26,7 Qcirc Bomba de recirculação 1,94 0,054 Q2 Entrada membrana 26,8368 0,0144 Qsaída circ 2 - Após 100 ciclos (A) -Após 200 ciclos (B) Quantidade concentrado retirado do processo - 2,0514; 2,0466. Os valores obtidos geraram uma estimativa de produção de água e a quantidade utilizada nas limpezas, considerada descarte. Com isso, foi possível obter, tanto para os valores teóricos encontrados no balanço de massa, como para o prático, feito com medição da vazão no local, obtidos nos dois tempos existentes, a quantidade de água real tratada, sendo apresentado no GRÁFICO 1 seguinte. 71 Gráfico 1. Volume em m³ versus número de ciclos transcorridos Observando o gráfico 1, é possível inferir que a metodologia adotada para a determinação do balanço de massa tem alto grau de convergência com os dados mensurados na prática. Com base em tais dados provenientes do balanço de massa e energia, se pode estimar o índice de perdas neste sistema de tratamento de água e qual a demanda energética da planta, com isto de posse destes dados podemos gerar parâmetros para futuros projetos e subsidiar estudos de viabilidade técnica e econômica. CONCLUSÃO O uso do modelo de balanço mássico e energético resultou em valores coerentes ao serem comparados com os valores reais obtidos através de medições. Também podemos concluir que sistemas pilotos são ótimas ferramentas para avaliações prévias prevendo o comportamento de futuras plantas de tratamento de água, determinação de seus potenciais e limitações operacionais. Entendemos que modelos de trabalhos como este devem ser incentivados e divulgados para o fortalecimento técnico do setor do saneamento do Brasil e, sobretudo utilizados para a adaptação e capacitação quando a implantação de novas tecnologias. Para se ter uma ideia do porte do sistema piloto referido neste estudo a produção média de água tratada foi de 572,18 m³ com 250 horas de operação do piloto. Se considerar que uma casa é abastecida em média com 10m³ por mês, esse volume produzido abasteceria cerca de 57 casas. Para etapas futuras deste estudo, sugerimos relacionar os parâmetros mássicos e energéticos com dados de qualidade de alimentação de água e água produzida. 72 REFERÊNCIAS BASTOS, R. K. C; VARGAS, L. C.; MOYSÉS, S. S; SILVA, H. C. A. Avaliação do desempenho de tratamento de água: desvendando o real. In: Congresso Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental, 27, 2000, Porto Alegre. BRAGA, F. P. Avaliação de desempenho de uma estação de tratamento de água do município de Juiz de Fora – MG. UFJF, 2014, 70f. Dissertação (Graduação em Engenharia Sanitária e Ambiental). CHEW, C. M.; AROUA, M. K.; HUSSAIN, M. A.; ISMAIL, W. M.Z.W. Evaluation of ultrafiltration and conventional water treatment systems for sustainable development: an industrial scale case study. Journal of Cleaner Production, P.112 3152-3163, 2016. IBGE. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. 2016. Disponível em: http://www.ibge.gov.br/home/default.php. Acesso em: 20 de junho de 2016. MIERZWA, J. C; SILVA, M. C. C da; RODRIGUES, L. D. B.; HESPANHOL, I. Tratamento de água para abastecimento público por ultrafiltração: avaliação comparativa através dos custos diretos de implantação e operação com os sistemas convencional e convencional com carvão ativado. Revista de Engenharia Sanitária e Ambiental, v.13, n.1, 2008. 73 Capítulo 9 Desenvolvimento de protótipo didático de tacogeração utilizando arduino e matlab para ensino de controle automático Paulo Sérgio Ferigollo Antonio Ribas Neto INTRODUÇÃO A falta de equipamentos específicos para experimentação nas mais variadas áreas do conhecimento faz com que o aprendizado do conteúdo lecionado em sala de aula torne-se um processo lento e menos interessante (Olinger, 2002). Na maioria das vezes, o uso destes equipamentos visa a aproximação entre a teoria lecionada em sala de aula e a prática e melhora o aprendizado dos alunos. Porém, normalmente, esta aproximação demanda equipamentos que não são tão acessíveis às universidades devido a diversos fatores (COELHO et al, 2001). Para contornar este empecilho, buscam-se soluções alternativas mais baratas como a elaboração de kits didáticos utilizando plataformas com hardwares embarcados. Uma destas plataformas é o Arduino, que vem sendo amplamente utilizado no desenvolvimento de plantas laboratoriais e também para auxiliar na pesquisa. Seguindo essa tendência, o curso de Engenharia de Controle e Automação (ECA) do Instituto Federal Catarinense (IFC) Campus Luzerna, também tem utilizado estes recursos para auxiliarem no entendimento de projeto de controladores de processos. O projeto dos principais tipos de controladores encontrados em sistemas industriais é abordado no decorrer de alguns componentes curriculares, e com o uso de kits didáticos o ensino destas técnicas de controle tem se tornado mais interessante e também propiciado experiências de aplicação e visualização real para os alunos. No que segue, este trabalho traz o relato da elaboração de um protótipo de um sistema de tacogerador para ser utilizado no curso acima citado. O protótipo desenvolvido é composto de dois pequenos motores de corrente contínua de eixos acoplados e utiliza o Arduino como hardware para aquisição de dados e o software Matlab para 74 processamento e controle da planta, possibilitando também a visualização de todas as variáveis presentes no sistema controlador e planta em tempo real. MATERIAIS E MÉTODOS Para testar o funcionamento dos controladores lecionados nos componentes curriculares da ECA em um sistema físico real, foi construído um protótipo experimental, conhecido como sistema de tacogeração, veja a Figura 1, composto por dois motores. No sistema, um motor serve como força motriz e o outro é responsável pela geração de tensão proporcional à velocidade do primeiro. Também foi confeccionada uma placa eletrônica, para acionamento do motor principal e leitura da tensão de saída, tendo esta placa conexão direta com o Arduino através de dois pinos, um deles efetua uma leitura analógica e o outro uma escrita com modulação em largura de pulsos (PWM). Figura 1. Sistema de tacogeração com placa de potência montada. Utilizando o script de comunicação disponibilizado pela MathWorks, é possível realizar a troca de informações entre o Matlab e o Arduino. Para testar a comunicação entre eles foram realizados testes experimentais com os motores e retirados dados reais da planta relativos a condições nominais de operação. Com o sistema da Figura 1, é possível aplicar à planta qualquer forma de sinal em corrente contínua capaz de ser gerado pelo software e fazer a leitura de tensão e, ainda, visualizar no Matlab todas as variáveis necessárias para realizar a modelagem e controle do tacogerador. Para realizar um ensaio experimental no sistema e efetuar a aquisição e escrita de dados, foi utilizado um Arduino Mega2560, o 75 protocolo de comunicação entre hardware e software e também utilizado o Simulink (extensão do Matlab) para visualização dos sinais envolvidos. O diagrama de blocos do sistema criado no Simulink está reproduzido na Figura 2. Figura 2. Diagrama de blocos elaborado para ensaio e modelagem. A partir da resposta do sistema real obtida a partir do diagrama representado na Figura 2 foram feitas algumas análises para identificação da função de transferência da planta. O ensaio está apresentado na Figura 3, sendo em vermelho (linha pontilhada), o degrau aplicado na entrada e em azul (linha contínua), a resposta do sistema com uma precisão de 100 amostras por segundo. Figura 3. Ensaio a degrau para modelagem. Após a aplicação de algumas técnicas de modelagem, ensaios para identificação e validação do modelo matemático, foi obtida a função de transferência contínua apresentada na Eq. (1). (1) 76 Testes realizados com a discretização do sistema também forneceram resultados satisfatórios. É importante comentar que o modelo obtido serve apenas para auxiliar nos cálculos dos parâmetros à serem utilizados no projeto do controlador, já que, no momento da experimentação, o algoritmo de controle atuará sobre o processo físico real e não sobre o modelo matemático. Com o protótipo montado e a comunicação entre hardware e software executada, iniciaram-se os testes do sistema para verificar a funcionalidade prática de diversos tipos de controladores e efetivar a utilização do kit. Para exemplificar o uso do sistema físico em conjunto com uma técnica de controle, foi projetado e aplicado um controlador com ação proporcional e integral (controlador PI). O diagrama de blocos elaborado para tal fim em ambiente Simulink está representado na Figura 4. Figura 4. Malha fechada de controle aplicada à planta física real. Um programa em script do Matlab calcula os valores das variáveis Zc e do ganho Kp a partir dos requisitos e estas são então utilizadas no diagrama da Figura 4. Os requisitos escolhidos para a resposta do sistema foram tempo de assentamento para 5% de 0,5 segundos, resposta não oscilatória, referência de 100 na porta analógica e coeficiente de amortecimento (ζ) igual a 1,2. O controlador, projetado a partir da escolha dos requisitos, gerou a resposta apresentada na Figura 5. Os valores estão apresentados na forma analógica, de 0 a 255 (8 bits). 77 Figura 5. Gráficos gerados pela simulação da planta real. O valor da referência está em valor analógico, mas essa pode ser também escolhida em função da tensão gerada, em Volts, ou pela velocidade de rotação, em rpm. A função matemática que representa o valor analógico de escrita em função da tensão produzida na saída está apresentada na Eq. (2) e a que concede o valor analógico em função da velocidade de rotação está na Eq. (3): PWM = 15,2 * Tensão (V) + 27,3 (2) PWM = 0,031 * Rotação (RPM) + 26,7 (3) Com essas expressões, pode-se trabalhar com o sistema de tacogeração em função de qualquer uma das três variáveis citadas e também visualizar em tempo real, através do Matlab, os valores dos parâmetros, saída, ação de controle e erro reais, tornando a experimentação ainda mais interessante. Para interface homem-máquina, é necessária uma página amigável ao aluno utilizador do kit, sendo assim, foi desenvolvida uma interface gráfica, representada nas Figuras 6 e 7. Como se pode observar, ela é bastante intuitiva e cabe ao aluno apenas especificar os quatro prérequisitos listados anteriormente para executar uma simulação da planta e visualizar as variáveis envolvidas no processo. 78 Figura 6. Primeira página da interface gráfica. Ao clicar no botão “Próxima página", canto inferior direito da Figura 6, é aberta a página de controle do sistema de tacogeração (Figura 7). Figura 7. Segunda página da interface gráfica. Durante a escolha dos valores dos parâmetros utilizados para configurar a resposta do sistema, o programa apresenta informações para confirmar os cálculos anteriormente feitos pelo operador e, ao fim da escolha dos parâmetros, pode-se realizar uma simulação prévia do 79 controlador e planta clicando no bot o “Simular” para garantir o funcionamento antes de o controlador ser aplicado ao tacogerador. RESULTADOS E CONSIDERAÇÕES O protótipo aqui apresentado foi utilizado nos componentes curriculares de Sistemas Realimentados e Introdução à Identificação de Sistemas. Para o primeiro componente citado, o objetivo da atividade proposta foi que os alunos deveriam projetar controladores do tipo avanço de fase, atraso de fase e avanço-atraso de fase para a planta de tacogeração. Como todos os participantes tinham um conhecimento prévio do software Matlab, a simulação foi facilmente executada e o sistema respondeu como esperado para todos aqueles que escolheram o tempo de assentamento condizente com a dinâmica do tacogerador. Para aqueles que não obtiveram o comportamento de resposta esperado, foi necessário um novo ajuste e logo a experimentação teve êxito. No componente de Introdução à Identificação de Sistemas, a interface do programa foi deixada de lado e foi testado um algoritmo de identificação, após isso foram realizados testes utilizando estratégias de controle adaptativo aplicadas ao tacogerador, todos os testes apresentaram resultados satisfatórios. Assim como em experiências relatadas por outros autores, o Arduino tem se mostrado como uma plataforma muito útil na integração de teoria e prática, contribuindo notoriamente com o ensino em diversas áreas. O uso conjunto desse hardware com o Matlab em metodologias didáticas, tem tornado o ambiente escolar mais interativo e informatizado, melhorando a aprendizagem do aluno através de experimentação e também, com pesquisas vinculadas ao uso destas tecnologias. No âmbito do curso de ECA, os resultados apresentados são bastante significativos visto que o IFC Campus Luzerna está em contínuo crescimento e há demanda por equipamentos para experimentação em algumas disciplinas específicas do curso. Nos meses seguintes será dada continuação ao projeto, objetivando realizar algumas melhorias na interface gráfica, na confecção da placa eletrônica e no tutorial de uso da integração software-hardware. Também será desenvolvida uma planta de controle de nível de dois tanques utilizando a comunicação do Matlab com dispositivos. 80 REFERÊNCIAS COELHO, A. A. R. et al. Da teoria à prática: projeto motor taco-gerador. In: Congresso Brasileiro de Educação de Engenharia, 29, Porto Alegre, Anais...Porto Alegre, RS, 2001. Olinger, D. J.; Hermanson, J. C.; Integrated thermal-fluid experiments in WPI´s discovery classroom, Journal of Engineering Education, v.91, n 2, p. 39-243, 2002. 81 Capítulo 10 Estudo de alternativas de fornecimento de energia elétrica acoplado a um gerador fotovoltaico Raimundo da Silva Nunes Neto Diêgo Nunes Araújo Bárbara Ribeiro de Sousa Tamires Silva Santos Bartolomeu Ferreira dos Santos Júnior INTRODUÇÃO A demanda mundial crescente de energia e o agravamento da situação ambiental, induz o estudo e avanço de alternativas de geração de energia que possa beneficiar o sistema elétrico do local de atuação e o meio ambiente. Atualmente a expansão da utilização das Energias Renováveis já possui números consideráveis, visto que, em muitos casos, elas conseguem resolver problemas que afetavam outras formas de geração. No âmbito Nacional, este fato pode ser observado em grande escala nas localidades distantes de grandes centros urbanos, nas quais, o acesso e a transmissão de energia é bem difícil, e muitas vezes não há distribuição. A problemática dessas Comunidades que não gozam de distribuição de energia é que, utilizam em larga escala o grupo de geradores a diesel, nos quais, dentre vários outros contras, há o alto custo operacional devido a constante manutenção necessária, o consumo e transporte de óleo diesel e a questão socioambiental devido a possíveis vazamentos e emissão de gases poluentes. Condições essas, agravadas, se a distância das comunidades é muito grande. Conforme a RN 493/2012, a eletrificação rural e de comunidades isoladas pode ser feita por sistemas coletivos denominados Microssistemas de Geração e Distribuição de Energia (MIGDI) ou Minirredes. A fácil geração de energia sem maiores custos, o fácil dimensionamento, a oferta de matéria prima e também a minimização ou até eliminação de problemas relacionados aos geradores a diesel são 82 fatores que inicialmente nos levam a opinar pelo uso das fontes Renováveis como fonte principal dos sistemas isolados. Mais comumente utilizadas, a tecnologia Fotovoltaica possui uma limitação, já que sua produção apesar de confiável, só atua durante no período em que há irradiação solar, necessitando de um sistema hibrido de geração para a contemplar durante o período noturno ou um sistema de backup de energia por meio de baterias, que podem ser recarregadas por painéis fotovoltaicos. MÉTODOS E MATERIAIS O estudo foi realizado em relação a uma comunidade criada, na qual, existem 10 Unidades Consumidoras(UC) com um sistema SCD 1 implantado. As unidades possuem uma oferta mensal de energia controlada (Tabela 1). Tabela 1. Balanço Energético por Unidade Consumidora Eletrodoméstico N.o Potência (W) Televisão Ventilador Refrigerador Liquidificador Tanquinho Lâmpada – Sala Lâmpada–Quarto 1 Lâmpada – Quarto 2 Lâmpada – Cozinha Lâmpada – Banheiro Lâmpada – Área de Serviço 1 1 1 1 1 1 42 72 45 213 70 9 Horas de Funciona -mento 5 8 24 0,25 2 6 1 9 1 Dias por Semana Energia Consumida (Wh/dia) 7 7 7 4 3 7 576 1080 30,43 60 54 3 7 27 9 3 7 27 1 9 3 7 27 1 9 4 7 36 1 9 3 7 27 TOTAL 2154,43 Com a configuração mostrada, é obtido um consumo total de 2154,43 Wh/dia por Unidade Consumidora, valor esse que corresponde ao total do de demanda do MIGDI. Na escolha de utilização de um sistema fotovoltaico como fonte principal, fez-se necessário a separação do consumo em dois momentos 83 distintos. Um primeiro no qual o sistema estará gerando energia e fornecendo diretamente para a carga, e um segundo no qual o sistema estará impossibilitado de atuar durante a noite onde não há irradiação solar. Durante o horário de 6 h as 18h, foi dimensionado um sistema isolado que será mostrado. Já durante as 18h e 6h, foi analisado o custo benefício do uso de um sistema de backup de energia por meio de baterias, com objetivo de substituir o Grupo Gerador a Diesel muito utilizado atualmente. Desta forma, a demanda necessária para a realização do dimensionamento do Banco de Bateiras e do Grupo de Geradores a Diesel foi obtida através de uma análise semelhante ao balanço energético total, diferenciando-se apenas por ser relacionado apenas ao período de inatividade da fonte principal, conforme é mostrado na tabela 2. Tabela 2. Demanda Energética para período de inatividade da fonte principal Horas Potênci de Energia Eletrodoméstic Dias por N.o a FuncioConsumid o Semana (W) nament a (Wh/dia) o Televisão 1 42 3 7 Ventilador 1 72 5 7 360 Refrigerador 1 45 12 7 540 Liquidificador 1 213 0 4 0 Tanquinho 1 70 0 3 0 Lâmpada – Sala 1 9 5 7 45 Lâmpada – 1 9 2 7 18 Quarto 1 Lâmpada – 1 9 2 7 18 Quarto 2 Lâmpada – 1 9 2 7 18 Cozinha Lâmpada – 1 9 3 7 27 Banheiro Lâmpada – Área 1 9 2 7 18 de Serviço TOTAL 1170 84 1O Sistema de Coleta de Dados Operacionais – SCD é constituído por um conjunto de equipamentos responsável pela medição, registro, armazenamento e disponibilização dos dados de operação das usinas, referentes a grandezas elétricas, com principal objetivo de possibilitar ao agente gerador ressarcimento de parte dos seis custos totais de geração, incluídos custos com combustível. Os geradores a diesel possuem em média uma autonomia de 7hrs de trabalho contínuo, alguns chegando a 8h em um ciclo de 12h, sendo 8h de trabalho contínuo por 4h de descanso. Desta forma, foi necessário a divisão dos valores de demanda durante a noite, de forma que 2 geradores fossem utilizados, não ultrapassando assim, a autonomia de funcionamento de cada. Os dados obtidos indicam que a demanda energética é cerca de 1170 Wh/dia durante a noite por unidade consumidora, totalizando 11700 Wh/dia total para o sistema. A divisão realizada formou dois blocos de consumo, um atendendo de 18h as 24h, totalizado 6 horas, onde a demanda constatada foi de 7380Wh/dia paras as 10 UC, e o outro atendendo de 24h as 6h, no qual a demanda foi de 4320Wh/dia. Através do manual de geradores da empresa Toyama, é possível a contabilização da manutenção do grupo de geradores que é feita periodicamente para cada parte do gerador. As manutenções para equipamentos podem variar de períodos de 20h em 20h para até 500h em 500h, dependendo da fragilidade do equipamento. É importante citar que para a manutenção das partes mais robustas é necessária mão de obra terceirizada, alavancando os custos desses procedimentos. Outro aspecto bastante considerável para o dimensionamento, é o consumo de combustível que para pequenos geradores de até 10KVa está em torno de 1,5L/h e de 2L/h. RESULTADOS E DISCUSSÕES Levando em consideração uma média dos valores de Irradiação Mensal fornecidos pelo Atlas Solarimétrico do Brasil (2000) e os valores constatados através de medições realizadas, foram utilizados a incidência de irradiação solar diária de 8 horas nas localidades do estado do Piauí. No dimensionamento do Sistema Fotovoltaico baseado no Manual de Engenharia Para Sistemas Fotovoltaicos, constatou-se que é necessário, para suprir a demanda diária de energia elétrica no período Diurno, 7 Módulos Fotovoltaicos ligados em paralelo e 1 Inversor de Tensão. 85 Para o carregamento do Banco de Baterias para o sistema de backup, a fim de suprir a demanda noturna são necessárias 3 Baterias, 10 Módulos Fotovoltaicos, 1 Inversor de Tensão e 3 Controladores de Carga. Utilizou-se também conceitos contidos no Manual de Engenharia. Já para dimensionamento do Grupo de Geradores a Diesel, utilizou-se conceitos disponibilizados pelas Empresas Start Geradores de Energia e Toyama Power Products, constatando-se que são necessários dois geradores, um de 10Kva para suprir o consumo de 18h às 24h e outro de 6 Kva para suprir o consumo de 0h às 6h. Para fazer o dimensionamento do sistema fotovoltaico, utilizou-se os componentes conforme a Tabela 3. Tabela 3. Componentes selecionados para o Dimensionamento Valor Unit. Equipamento Potência/Capacidade Marca (R$) Módulo 250 Wp Yingli 1.069,00 Fotovoltaico Bateria 240 Ah Bosch 1.049,00 Inversor 3000 W EpSolar 3.990,00 Controlador 40 A EpSolar 1.149,00 Gerador a Diesel 10 Kva Tramontini 16.377,00 Gerador a Diesel 6 Kva Toyama 5.521,00 Com os valores apresentados na tabela de componentes, juntamente com os números obtidos pelos dimensionamentos, o custo inicial para o Banco de Baterias e o Grupo de Gerador a Diesel são respectivamente R$ 21.274,00 e R$ 21.898,00. Em tais valores não estão contidos o custo de mão de obra para a instalação. Levando em consideração 20 anos de atuação do sistema e a vida útil de cada equipamento, 25 anos para Painéis Fotovoltaicos, 15 anos para Controladores e Inversores, e 2 anos para Baterias, com descarga de 50%, pode-se obter cerca de 9 trocas do Banco de Baterias, e 1 troca de Inversores e Controladores. Dessa forma obtemos custo de reparo de R$ 35.760,00 com o fato de que os equipamentos não necessitam de manutenção periódica. Para o Grupo de Geradores a Diesel, foi levantado inicialmente o gasto de combustível. Como citado anteriormente, o gasto em L/h para Geradores com essa potência é em média 1,5L/h à 2L/h. Dessa forma, para dois geradores que trabalham durante 6h diárias obtemos um 86 consumo diário de 21L de Diesel, considerando o gasto de 1,5L/h para o gerador de 6Kva e 2L/h para os geradores de 10Kva. Durante os 20 anos de operação, com um gasto de 21L de Diesel por dia, levando em consideração um valor para o Diesel estabilizado no valor atual de cerca de R$ 3,00, e que não há perdas por vazamento no transporte do combustível, seria gasto valores exorbitantes de cerca de R$ 460.000,00 com compra de combustível. Os custos dos sistemas, não incluindo a manutenção periódica do grupo gerador podem ser comparados como mostra a Tabela 4: Tabela 4. Comparação de Valores Sistema Backup de Energia com Banco de Baterias Grupo de Geradores a Diesel Custo inicial (R$) Custo em longo prazo (20 anos) Custo total (R$) 21.274,00 35.760,00 57.034,00 21.898,00 460.000,00 481.898,00 CONCLUSÃO Analisando os valores obtidos inicialmente, os dois sistemas de fornecimento de energia se apresentaram equivalentes. Com a comparação em longo prazo, valores exorbitantes passam a ser mostrados com relação ao uso de Grupo Geradores a Diesel. O modelo de Backup de energia se mostrou coerente com a problemática da substituição do uso de meio de geração que são onerosos e atingem o meio ambiente. A utilização do Sistema de Backup se mostrou relativamente barato e de ótimo custo benefício em longo prazo, pelo fato de não necessitar de manutenção periódica e possuir combustível renovável ilimitado, além de não afetar o contesto socioambiental. REFERÊNCIAS Manual de engenharia para Sistemas Fotovoltaicos. Disponível em: http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/download/Manual_de_Engen haria_FV_2014.pdf. Acesso: 07/06/2016. Dimensionamento de Geradores. Disponível em: http://www.startgeradores.com.br/artigos-geradores-energia87 eletrica/grupo-gerador-energia-eletrica-dimensionar/. Acesso: 08/06/2016. Dimensionamento de Geradores Toyama. Disponível em: http://www.toyama.com.br/imagens/upload/bol_06122010_115522_C omo%20Dimensionar%20Geradores%20004-010.pdf. Acesso: 18/06/2016. Dados do Inversor. Disponível em: http://www.neosolar.com.br/loja/inversor-senoidal-epsolar-shi100022-1000va-24vcc-220vca-926.html. Acesso: 12/06/2016. Dados do Controlador de Carga 24V. Disponível em: http://www.neosolar.com.br/loja/controlador-de-carga-mppt-epsolartracer-4210a-40a-12-24v.html. Acesso: 13/06/2016. Dados da Bateria. Disponível em: https://www.bateriaautomotiva.com.br/produto/bateria-estacionariabosch-p5-401-220ah-240ah/. Acesso: 13/06/2016. Dados do Gerador. Disponível em:http://www.lojassgeradores.com.br/geradores-deenergia/geradores-de-energia-a-diesel/partida-eletrica/gerador-deenergia-a-diesel-trifasico-10-kva-partida-eletrica-gt-10-tramontini. Acesso: 13/06/2016. Dados do Gerador. Disponível em: http://www.lojassgeradores.com.br/geradores-de-energia/geradoresde-energia-a-diesel/partida-eletrica/gerador-de-energia-a-dieselmonofasico-6-kva-partida-eletrica-td7000cbe-toyama. Acesso: 13/06/2016. MARQUES, J. J. A.; OLIVEIRA, C. S.; SANTOS JUNIOR, B. F.; ALMEIDA, A. R.; LINARD, F. M. A. Alternativas de Instalação de Sistemas Fotovoltaicos: Estudo de Caso do Bloco de Engenharia Elétrica da UFPI. In: VI Congresso Brasileiro de Energia Solar, 2016, Belo Horizonte. VI Congresso Brasileiro de Energia Solar – Anais, 2016. Atlas Solarimétrico do Brasil: Banco de dados solarimétricos/ coordenador Chigueru Tiba et al. Recife: Ed. Universitária da UFPE, 2000. 88 Capítulo 11 Geotecnologias para o mapeamento temático dos indíces de aridez e classes de desertificação na microrregião de Umbuzeiro-PB Herlanne Campos Porto George do Nascimento Ribeiro Paulo Roberto Megna Francisco Jéssica Sabrina Ovídio de Araújo Júlio César Rodrigues de Sales INTRODUÇÃO O índice de aridez (IA) é bastante utilizado nos estudos para a determinação de áreas secas e principalmente nos estudos do processo de desertificação. É possível determinar o IA de uma região através de diferentes metodologias. Uma delas é a metodologia desenvolvida por Thornthwaite em 1941, com posterior ajuste por Penman em 1953, segundo a qual evidencia que o IA de uma região consiste na razão entre a quantidade de água advinda da chuva (Precipitação) e as potenciais perdas de água para a atmosfera, chamadas de Evapotranspiração Potencial (Caitano et al., 2001). De acordo com a Convenção das Nações Unidas sobre Desertificação, seguindo a Agenda 21, a desertificação é definida como sendo, a degradação de terra nas zonas áridas, semiáridas e subúmidas secas resultante de fatores diversos tais como as variações climáticas e as atividades humanas (BRASIL, 1999). A desertificação vem se tornando um sério problema para as regiões semiáridas de todo o planeta. A degradação da terra e a desertificação não são problemas restritos ao Brasil; 33% da superfície terrestre, uma área onde moram cerca de 2,6 bilhões de pessoas, sofre com as mesmas dificuldades (Marengo, 2008). Portanto, objetivou-se por este trabalho obter uma representação espacial, de forma mais precisa, por meio do uso de geotecnologias, propiciando um mapeamento temático dos índices de aridez e das classes de desertificação da microrregião de Umbuzeiro-PB. 89 MATERIAL E MÉTODOS O Estado da Paraíba está localizado no Nordeste Oriental, na Zona Tropical, e abrange uma área de 56.585 mil km². Faz divisa ao norte com o Rio Grande do Norte, ao sul com Pernambuco e a oeste com o Ceará (IBGE, 2012). A microrregião de Umbuzeiro pertence à mesorregião do Agreste Paraibano (Figura 1). Sua população foi estimada em 2015 pelo IBGE em 54.576 habitantes. Possui uma área total de 1.293,9 km² (IBGE, 2006) e está dividida em cinco municípios, sendo eles: Aroeiras, Gado bravo, Natuba, Santa Cecília e Umbuzeiro. Figura 1. Localização Geográfica da Microrregião de Umbuzeiro-PB (Aroeiras-1, Natuba-2, Umbuzeiro-3, Santa Cecília-4, Gado Bravo-5). Para determinar o índice de aridez de um determinado local devese inicialmente obter o total anual de precipitação e a estimativa da evapotranspiração potencial, neste estudo calculado pelo método de Thornthwaite e Mather (1955), sendo a equação de IA dada por: Ia = 100 x DEF/ EPo De acordo com os valores calculados do IA, foram determinados os riscos à desertificação para cada município da microrregião, assim como, a classificação climática que delimitam as zonas estabelecidas pela CONAMA (1997), apresentado na Tabela 1. Tabela 1. Classes de clima de acordo com o Índice de Aridez Classe Índice Hiperárido <0,03 Árido 0,03-0,2 Semiárido 0,21-0,5 Subúmido e seco 0,51-0,65 Subúmido e úmido >0,65 Fonte: CONAMA (1997). 90 A análise comparativa dos índices de Aridez referente aos anos de 2000, 2005, 2010 e 2015 foi elaborada utilizando dados de precipitação disponíveis no site da AESA (2016a). Para o cálculo do IA, utilizou-se o valor médio de Evapotranspiração fornecido por BDCLIMA (2003) no qual apresenta um valor total anual de 1.074 mm.ano -1, concernentes à uma média histórica de leituras para o período de 1911-1990. De posse dos índices de aridez tem-se a classificação dos riscos de desertificação (Tabela 2) para a microrregião em estudo, a saber: Tabela 2. Padrões de classes de desertificação de acordo com o IA. Índice de aridez Grau de risco ao processo de desertificação 0,05 até 0,20 Muito alto 0,21 até 0,50 Alto 0,51 até 0,65 Moderado Fonte: Matallo Junior (2001). De início, promoveu-se o desmembramento dos elementos da planilha geral observada no site da AESA, para ser feita uma análise da participação individual municipal de cada componente e índice, conjugados com os dados de latitude e longitude centrais de cada cidade da microrregião em estudo; logo após, elaborou-se uma planilha no Excel apenas com os dados requeridos (cidades, longitude, latitude, IA.ano -1, precipitação.ano-1, evapotranspiração potencial dos municípios=1.074 mm.ano-1). Os mapas finais correspondentes aos IA’s e classes de desertificação foram elaborados com a utilização do Software Surfer 10, utilizando o método de estatística Krigagem; e, como recorte utilizou-se um arquivo digitalizado com extensão bln da microrregião de Umbuzeiro, sobre o shape da mesma microrregião da Paraíba, obtido em AESA (2016b). RESULTADOS E DISCUSSÃO Pelos resultados obtidos, observa-se que a precipitação pluviométrica está rigorosamente ligada com o IA, pois este equivale à associação entre os dados de precipitação e as potenciais perdas de água para a atmosfera. Possivelmente pela microrregião apresentar elevadas temperaturas anuais, maior será a perda de água para à atmosfera, com elevado índice de evapotranspiração, acarretando em níveis mais baixos de IA. Outra possível causa para a variabilidade interanual dos IA’s é provavelmente pelo fenômeno El Niño Oscilação Sul (ENOS), 91 caracterizado pelo aquecimento anormal das águas superficiais no oceano pacifico tropical, assim mudando os padrões de ventos a nível mundial. De acordo com o INPE (2016) para o ano de 2000 não ocorreu evento de ENOS; já para os anos de 2005, 2010 e 2015 podem ser verificados como anos de atuação do fenômeno ENOS. De acordo com o exposto na Figura 2, pode-se observar que, sob a influência do fenômeno ENOS para os anos 2005 (0,4-1,0), 2010 (0,031,15) e 2015 (0,2 a 0,8) foram verificados IA’s com menores valores com relação ao ano de 2000 (0,53-1,18), possivelmente, para o segundo caso, pode-se vislumbrar que sob a ação do La Niña, esse possa ter afetado o período chuvoso da região, consequentemente apresentando melhores IA’s, assim como uma variação pequena entre o menor e maior valor. No entanto, vale a ressalva para o valor mínimo de IA (0,03) encontrado no ano de 2010, no qual possivelmente o dado de precipitação total anual apresentado para o município de Gado Bravo (28,3 mm.ano -1), de acordo com AESA (2016), não é condizente com a realidade, dessa forma influenciando na interpolação final. Não obstante, pode-se verificar que para o ano de 2015 a variação entre mínimo e máximo valor de IA foi a menor apresentada. De acordo com o site BBC Brasil (2016), observa-se uma repetição no impacto dos fenômenos (El Niño) de 1982-1983 e 1997-1998 para o momento e que esse evento de El Niño no ano de 2015, parece ser o mais forte registrado em todos os tempos. Figura 2. Distribuição espacial dos IA’s para a microrregião de Umbuzeiro-PB nos anos de estudo. 92 Considerando-se a escala anual para o ano de 2000 (0,50-0,65), foi considerado como risco Moderado para as classes de graus de risco à degradação; em 2005 (0,40-0,65) e 2015 (0,2-0,65) é possível observar que está entre as classes de Alto a Moderado; para o ano de 2010 (0,050,65) foi observado uma classificação entre os três níveis apresentados. Em geral, a dinâmica espacial de distribuição das classes de graus de risco à degradação, seguem um padrão no sentido leste-oeste, o que era de esperar, uma vez que a topografia local influencia diretamente, pois o município que se encontra em maior altitude é o de Umbuzeiro, porém também recebe a influência dos valores de temperatura e evapotranspiração potencial menores. A região sudeste da microrregião apresenta-se como a mais chuvosa e a que apresenta os menores valores do índice de aridez, e com graus de risco à degradação consequentemente menores. Na Figura 3, é possível observar as classes de grau de risco de desertificação para os anos estudados. Nessa distribuição a ocorrência dos IA’s apresentam-se concentrados em cada ano em diferentes munícipios estudados, assim como também o grau de risco de desertificação. Relacionando os mapas apresentados, obteve-se como resultado que no ano de 2000, esse índice foi menor no município de Natuba, e que de acordo com o risco de desertificação classifica-se como Moderado. Para o ano de 2005 observa-se que se concentrou na região de Santa Cecília a classificação de risco de desertificação é Alto. No ano de 2010 foi possível observar que o menor índice concentrou-se no município de Gado Bravo, tendo sua classificação como risco Muito Alto de desertificação. Em 2015 pode-se verificar que esse baixo índice de aridez concentrou-se no munícipio de Aroeiras e estendeu-se pelos municípios de Gado Bravo e Santa Cecília sendo classificado como risco Alto de desertificação. 93 Figura 3. Classes de grau de risco de desertificação para os anos estudados. CONCLUSÕES O município de Umbuzeiro foi o que apresentou melhor IA dentre todos da microrregião. No ano de 2015, todos os municípios tiveram uma diminuição significativa no IA em relação a todos os anos estudados, contudo, nesse ano Natuba se sobressaiu ao ser comparado com os outros municípios da microrregião. Possivelmente o baixo índice pluviométrico, as elevadas temperaturas e a topografia local influenciam diretamente no IA da microrregião de Umbuzeiro, assim como fenômenos climáticos como exemplo o ENOS. REFERÊNCIAS AESA. Agencia Executiva de Gestão das Águas do Estado da Paraíba. Monitoramento pluviométrico do Estado da Paraíba. 2016a. Disponível em: http://site2.aesa.pb.gov.br/aesa/monitoramentoPluviometria.do. Acesso em: 22 de abril de 2016. AESA. Agencia Executiva de Gestão das Águas do Estado da Paraíba. Geoportal AESA shapefiles. 2016b. Disponível em: 94 http://www.aesa.pb.gov.br/geoprocessamento/geoportal/shapes.html. Acesso em: 22 de abril de 2016. BBC Brasil. British Broadcasting Corporation Brasil. El Niño trará impactos enormes em 2016, alertam cientistas. 2 de janeiro de 2016. Disponível em: http://www.bbc.com/portuguese/noticias/2016/01/160102_el_nino_al erta_mv. Acesso em: 24 de junho de 2016. BDCLIMA. Banco de Dados Climáticos do Brasil. Município – Umbuzeiro, PB. EMBRAPA – Monitoramento por Satélite. 2003. Disponível em: http://www.bdclima.cnpm.embrapa.br/resultados/balanco.php?UF&CO D=642. Acesso em: 15 de jun 2016. BRASIL. Ministério do Meio Ambiente dos Recursos Hídricos e da Amazônia Legal - MMA. Desertificação. In: Conferência das Partes da Convenção das Nações Unidas de Combate à Desertificação, v.3, Brasília, p.1–23, 1999. CAITANO, R. F.; LOPES, F. B.; TEIXEIRA, A. S. Estimativa da aridez no Estado do Ceará usando Sistemas de Informação Geográfica, maio/2001. Disponível em: http://www.dsr.inpe.br/sbsr2011/files/p1634.pdf. Acesso em: 25 de maio 2016. CONAMA. Conselho Nacional do Meio Ambiente. BIOMAS – Diretrizes para o manejo. 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No Brasil sua aplicação é composta principalmente de ações de implantações de redes de infraestrutura em processos de revitalização e implantação de novos empreendimentos, sendo seu uso ainda restrito a pequenos estudos de projetos pilotos, devido principalmente ao desconhecimento do sistema, falta de pesquisas na área e legislação específica. Em demais partes do mundo, principalmente nos Estados Unidos, esta prática é amplamente difundida, tendo legislação específica para tais empreendimentos e manuais de implantação por parte dos órgãos públicos ligados as municipalidades e concessionárias de energia elétrica, gás natural, telefonia e dados. O U.S. Department of Housing and Urban Development (1983) em publicação denominada “Innovative Site Utility Installations” define a “vala técnica” como a instalação coordenada em uma mesma vala de diversas redes de infra-estrutura visando além do ordenamento e cadastro urbano, melhor aproveitamento da faixa de serviço público e redução nos custos de implantação. Esta publicação ainda apresenta estudo realizado com 16 companhias americanas que adotaram tal prática, e foram observadas reduções que variam de 30 a 40% nos custos de construção civil, dependendo do número de redes presentes. Segundo KUHN (2002), em estudo realizado pelo Departamento de Transporte do Texas em conjunto com o U.S. Department of Transportation e o Federal Highway Administration (FHWA), definiram 96 o conceito de vala técnica como a lançamento das redes de infraestrutura em uma única vala seguindo distâncias pré-estabelecidas conforme legislação pertinente de cada região, objetivando maximização dos serviços de utilidade pública, reduzindo os riscos de acidentes com as redes e simplificando a localização das instalações, principalmente nos casos de ampliações e reparos destas. Ainda segundo Kuhn (2002), as práticas correntes adotadas utilizam em grande maioria apenas a distância legal como separação física entre as redes. Toda a vala é preenchida por solo ou material importado (areia) após o lançamento dos dutos, ficando estas redes ainda desprotegidas fisicamente, estando expostas a acidentes em caso de manutenção ou ampliação nas redes adjacentes. MATERIAIS E MÉTODOS Diante das limitações dos modelos correntes de vala técnica apresentados ao longo do Brasil e mundo, no tocante principalmente a segurança física das redes nas calçadas, o sistema apresentado introduz o conceito de "calha" com paredes de plástico reciclado, projetado através do conceito de "ferramenta a prova de falhas", derivado do Sistema Toyota de Produção – STP (OHNO, 1988), para confinamento e proteção de instalações, visando evitar o contato físico entre as redes e dos operários nas redes adjacentes a que estes estejam trabalhando, seja durante a construção, manutenção, operação ou ampliação destas redes. Para o cobrimento das instalações e da vala é proposto uso de areia reciclada, buscando a proteção das redes e também fácil remoção e posterior recolocação deste material no mesmo lugar após os procedimentos, evitando assim o grande impacto ambiental e econômico relacionado com a disposição de entulho e de novos materiais para recomposição de vala como hoje empregado. Seguindo os conceitos de sustentabilidade acima citados, a pavimentação da camada base de areia está prevista com bloco de concreto inter travados devido às seguintes características: a) No caso de uma intervenção em instalações, não é necessária a demolição de pavimento, mas a remoção localizada de alguns dos blocos, não sendo necessária a utilização de equipamentos de corte e demolição, como 97 retro escavadeiras, grandes responsáveis pelos acidentes em redes; b) Após a remoção da base de areia (que poderá ser inclusive executada com a utilização de equipamentos de sucção), a intervenção nas redes, a recomposição da cobertura e compactação hidráulica, os mesmos blocos podem ser reposicionados, objetivando o fim de resíduos e o consumo de novos materiais; c) A faixa de blocos de concreto localizada ao longo da vala técnica é sinalizada para atender critérios de acessibilidade urbana (coloração diferenciada e piso podo tátil), bem como fornece informações que aquela área específica contém redes de serviços públicos (instalações) tornando o local amplamente sinalizado e que deverá ser protegido de escavações; d) Devido a sua posição na calçada, esta não interrompe nem perturba o tráfego de automóveis nas ruas e reduz drasticamente o uso de caminhões e outros equipamentos, melhorando a mobilidade urbana. O modelo também propõe o uso de ciclovia para a implementação de instalações de esgoto, gasodutos de alta pressão, rede de água reciclada e de adutoras tendo anexo sistema de drenagem de águas pluviais, alinhado com os critérios de sustentabilidade, uma vez que coleta, armazena e filtra as águas das chuvas para reutilização ou devolver limpa para a natureza, utilizando também materiais reciclados na sua construção (sistema eco-drenagem) conforme a Figura 1. 98 Figura 1. Sistema INFRAVIAS – Corte transversal Na calçada (F): Redes: (A) Gás Natural, (B) Telecomunicações, TV a cabo, Dados, (C) rede de Água Potável / Hidrante (conceito com tubo vertical), (D) rede elétrica (baixa), (E) rede elétrica (média) / Iluminação Pública, (Q) sistema de base e estrutura de drenagem – (feito com brita e areia reciclada), (R) cobertura de areia, (S) Paredes de plástico recicladoestrutura Sistema INFRAVIAS, (X) Blocos de concreto (amarelo) sinalização das redes, (Z) Blocos de concreto (cinza). Na ciclovia (H): (I) Gasoduto alta pressão, (G) Esgoto, (T) rede de água reciclada. Drenagem de águas pluviais (J): (sistema de eco-drenagem) - (O) meio-fio de concreto, (N) vegetação (espécies de plantas específicas para auxiliar na filtragem da água da chuva), (L) Eco filtro - Para filtrar a água da chuva feito com cascalho reciclado a partir de resíduos da construção civil, (M) tubo de drenagem - para recolher a água da chuva, (J) de abertura para a entrada de água da chuva, (V) Sistema extravasor para coleta de águas em grandes chuvas. Rua (P): sem instalações subterrâneas, existem melhorias na mobilidade urbana e no tráfego e aumenta a vida útil do pavimento devido à menor interferência na manutenção. 99 RESULTADOS E DISCUSSÃO O estudo do sistema iniciou em 2008, tendo em 2014 pesquisas de campo nos EUA através de recursos do Governo Federal CNPQ/CAPES e durante 2015 foram desenvolvidas as parcerias e projetos executivos, bem como o início do processo de produção das placas plásticas recicladas na Colônia Penal Estadual. A implantação do projeto piloto no Sapiens Parque - SC iniciou em fevereiro de 2016, tendo sua montagem detalhada conforme fluxograma da Figura 4, sendo os recursos oriundos do Governo do Estado de SC/FAPESC e diversos parceiros privados nacionais e internacionais. O sistema proposto foi desenhado com foco na melhoria de questões técnicas de engenharia, mas, além disso, este também inclui elementos de sustentabilidade ambiental, social e econômica, relacionadas a programas comunitários e ambientais, utilização racional de recursos, geração de emprego e renda. Todos os componentes plásticos reciclados utilizados na fabricação da estrutura do sistema INFRAVIAS, conforme a Figura 2, foram obtidos a partir de resíduos urbanos, através da triagem do plástico em cooperativa inserida em um programa social, onde o material foi separado e enviado para a fábrica, localizada na Colônia Penal Estadual, para transformar o lixo urbano nos painéis de plástico reciclado, matéria-prima para a produção das estruturas do sistema INFRAVIAS. Figura 2 - Fluxograma de produção das placas plásticas recicladas – Cooperativa e Prisão 100 A indústria da construção é o maior gerador de resíduos de toda a sociedade. O volume de despejo de construção e demolição é até duas vezes maior do que o volume de resíduos sólidos urbanos. No sistema INFRAVIAS, a base e a cobertura das valas e o sistema de drenagem são construidos com material reciclado, através do processameno em empresa parceira para produção de areia e brita oriunda de resíduos da construção civil, conforme ilustrado na Figura 3, removendo da natureza cerca de 5,3 toneladas de entulho de construção por metro linear de vala técnica implantada. Figura 3. Fluxograma de produção da areia e brita reciclada – Lixo da construção civil 101 Figura 4. Fluxograma do sistema de montagem – Projeto piloto – Sapiens Parque –SC CONCLUSÃO O projeto apresentou inúmeras vantagens além das citadas, como rapidez na implantação visto seu sistema de encaixe, e grande redução nos custos de construção, da ordem de 32%, quando comparado ao sistema individualizado corrente, e estimando redução dos custos na implantação de novos clientes da ordem de 70% devido à posição das redes em calçada. Também já está em fase de projeto a norma ABNT 18:600.25-001 relacionada ao tema de compartilhamento de infraestruturas e ordenamento do subsolo, bem como estudos de diversos órgãos em SC para utilização do sistema. 102 Dadas as características de inovação e integração, tanto no projeto quanto na construção, o modelo apresenta grandes vantagens relacionadas à gestão de obras públicas, principalmente nos itens referentes à eficiência, economicidade e transparência pública, apresentando esta mudança de paradigma uma grande oportunidade da engenharia em propor soluções a favor do Brasil. REFERÊNCIAS KUHN, B. et al. Utility corridor structures and other utility accommodation alternatives in TXDOT right of way. Texas Transportation Institute, FHWA/TX-03/4149-1, 2002. OHNO, T. Toyota Production System: Beyond large-scale production. Cambridge, MA. Productivity Press, 1988. U.S. Department of Housing and Urban Development. Innovative Site Utility Installations. Disponível em: . Acesso em: 10 dez. 2012. 103 Capítulo 13 Mineralização de nitrogênio em topossequência sob pastagem distintamente manejada durante um período chuvoso João Ítalo de Sousa Míriam Alice da Silva Brehm Luan Nunes de Melo Vânia da Silva Fraga Hignácio Hernán Salcedo INTRODUÇÃO A microrregião do Brejo Paraibano tem um clima diferenciado da maior parte do Nordeste, apresentando temperaturas amenas e alto índice pluviométrico durante alguns meses do ano (Oliveira et al., 2011). Este tipo de condições faz com que os solos do Brejo Paraibano, pouco adubados com fertilizantes químicos, se apresentem deficientes em nitrogênio (N) e fósforo (P) (Sampaio e Salcedo, 1997), tornando a produtividade dependente da ciclagem de nutrientes da matéria orgânicos do solo (Tiessen et al., 1994). O nitrogênio presente no solo, em torno de 98% do total, está no reservatório orgânico, ficando disponível para absorção das plantas após a mineralização, nas formas minerais de nitrato (NO 3-) e amônio (NH4+) (Stevenson, 1986). O tempo de ciclagem e o deslocamento de N ao longo do perfil do solo são fortemente influenciados pela precipitação, o que de modo geral, alteram a fertilidade dos solos podendo acarretar prejuízos econômicos e ambientais (Schick et al., 2000), dependendo do manejo adotado. A alta intensidade das chuvas em determinados períodos do ano associada à ausência de cobertura vegetal e aos solos rasos, também intensificam as perdas de nutrientes do meio, especialmente do N por lixiviação (Fraga e Salcedo, 2004). 104 No estado da Paraíba são escassos os estudos sobre a mineralização de nutrientes, o que acentua a necessidade de estudos científicos que adquiram estas informações. Com base nestas informações poderia ser delineado um manejo de uso do solo e da água, reduzindo custos para o produtor e impactos ao meio ambiente. Objetivou-se com este trabalho, avaliar a dinâmica do nitrogênio, pela mineralização da matéria orgânica em NO 3- e NH4+ nas posições de ombro, meia encosta e pedimento em duas topossequências sob pastagem distintamente manejada durante um período chuvoso. MATERIAIS E MÉTODOS A pesquisa foi realizada na microbacia hidrográfica de Vaca Brava, localizada na mesorregião do Agreste, microrregião do Brejo, Nordeste do Brasil, compreendida entre as coordenadas (UTM) 192000 e 198000 m E e 9225300 e 9231000 m N (Galvão et al., 200) (Fig. 1 A). A maior parte da microbacia está localizada no município de Areia-PB, que possui clima tropical chuvoso (pluviosidade anual de 1200 mm) com déficit hídrico de setembro a janeiro. Durante a avaliação do trabalho a precipitação mensal entre abril e outubro de 2013, foram de: 3, 183, 164, 199, 100, 109 e 28, respectivamente, totalizando 786 mm ao final do período de chuvas (Fig. 1 B). Figura 1. Localização da microbacia hidrográfica da represa Vaca Brava, PB (Santos e Salcedo, 2010) (A) e Precipitação pluviométrica durante o período chuvoso (B). 105 As áreas escolhidas foram duas topossequências já estudadas por Brehm (2010) e Rebequi (2011), as quais foram escolhidas entre 23 topossequências sob pastagens com diferentes níveis de conservação anteriormente avaliadas por Santos et al. (2002); Galvão et al. (2005) e Lima (2005). As topossequências selecionadas foram as localizadas a 6°57’55,9” de latitude S e 35°46’14,4” de longitude O, denominada pastagem conservada e a localizada a 6°57’37,7” de latitude S e 35°45’46,7” de longitude O, denominada pastagem degrada. As variadas formas das topossequências resultam em diferentes declividades ao longo da paisagem do relevo, sendo assim, Santos et al. (2002) dividiu as topossequências nas posições: topo, ombro, meia encosta, pedimento e várzea, mas no presente foram observadas as posições ombro, meia encosta e pedimento, as quais compõem a encosta de uma topossequência (Fig. 2). Figura 2. Posições do relevo na topossequência (Santos et al., 2002) (A), visualização do tubo, amostra de solo e a bolsa da resina trocadora de íons inseridos no solo (B). Superfície do solo Tubo com amostra de solo Bolsa da RTI Fita adesiva O experimento foi instalado nas duas encostas; em três posições: ombro; meia encosta e pedimento (Fig. 2 A), na camada de 0 - 20 cm de profundidade, com doze repetições de campo para cada combinação de situações, totalizando 432 amostras de solo. As incubações de solo in situ foram realizadas durante o período chuvoso (abril a outubro), utilizando-se tubos de alumínio com 20 cm de comprimento e 5 cm de diâmetro, abertos no topo e com uma bolsa de resina trocadora de íons no fundo (Fig. 2 B) (Kolberg et al., 1997; Menezes e Salcedo, 2007). A metodologia consistiu em amostrar o solo na profundidade de 0-20 cm, no início de cada um dos seis períodos de incubação (0, 30, 60, 106 90, 120, 150 e 180 dias), para a determinação do conteúdo de N-NH4+ e N-NO3- na resina e no solo. Os tubos foram inseridos no solo e retirados em seguida; feito isso, retirou-se uma camada de 2 cm de solo da parte inferior do tubo o qual foi determinado os teores iniciais de NO 3- e NH4+ no solo. No espaço inseriu-se um saquinho de malha contendo aproximadamente 35 g de uma mistura de resinas trocadoras de cátions e de ânions (RTI). Os tubos foram então recolocados no solo e coletados após 30 dias, onde uma subamostra de 6 g de solo úmido foi extraída com KCl 1 mol L-1, enquanto em outra sub-amostra se determinou a umidade do solo. O nitrogênio da resina foi extraído com cinco agitações sucessivas de 15 minutos, com 25 mL de KCl 1 mol L-1 em cada agitação. A mineralização líquida do solo, foi calculada como (N mineral 30 d - N mineral inicial) + N mineral na resina (Menezes e Salcedo, 2007). As quantidades de NH4+ e NO3- nos extratos de KCl 1 mol L-1 das amostras de solo e resina foram determinadas por colorimetria em um autoanalisador. RESULTADOS E DISCUSSÃO As comparações de química e fertilidade do solo foram realizadas utilizando o Manual de Recomendações Para o Uso de Corretivos e Fertilizantes de Minas Gerais 5ª Aproximação. Os valores de pH foram ligeiramente ácidos e ambas as pastagens, possuindo o maior valor, 5,9, na posição do pedimento na pastagem bem manejada (Tab. 2). Do ponto de vista da classificação agronômica, os valores de pH, classificam-se em Bom (5,5-6,0). Na pastagem degradada o maior teor de fósforo (P) foi de 5,2 mg kg1, verificado na posição do pedimento, seguido do ombro (4,0 mg kg -1) e a meia encosta (3,6 mg kg-1), sequência esta que se manteve na conservada. Vale ressaltar, que os teores de P de ambas as pastagens e em todas as posições, foram classificados como baixo. As pastagens de braquiárias possuem alta capacidade de extração de nutrientes e são capazes de se desenvolver em solos com baixos teores de P disponível (CIAT, 1988). 107 Tabela 2. Atributos químicos na camada de 0-20 cm nas posições de ombro, meia encosta e pedimento Posição pH P mg kg1 K+ Na+ Ca2+ Mg2+ Al3+ H+A l SB CTC --------------------------- cmolc kg-1 ------------------------- COT g kg-1 Ombro Meia encosta Pedimento 5,5 4,0 0,11 Pastagem Degradada 0,05 1,1 0,70 0,00 6,7 2,0 8,7 25 5,6 3,6 0,18 0,16 6,6 2,6 9,1 16 5,8 5,2 0,20 1,4 4,5 20 Ombro Meia encosta Pedimento 5,4 4,9 0,18 0,07 0,71 0,45 0,00 3,1 Pastagem Conservada 0,04 0,95 0,60 0,10 5,2 1,8 7,0 28 5,5 4,6 0,32 0,05 0,93 0,61 0,10 4,2 1,9 6,1 21 5,9 5,0 0,27 0,02 0,76 0,73 0,00 3,4 1,8 5,2 21 1,1 1,1 0,10 Em ambas as pastagens, o menor valor de potássio foi encontrado no ombro, destacando a sua susceptibilidade a erosão e perda da sua fertilidade. A CTC, que esta diretamente relacionada com a SB e H+Al, se apresentou superior na posição da meia encosta (9,1 cmolc kg-1), logo, o valor da SB também foi superior na meia encosta em relação as demais, nas duas pastagens, o pedimento apresentou o menor valor de CTC, na BM, o maior valor foi encontrado no ombro (7,0 cmol c kg-1). Os maiores teores de COT foram encontrados na posição do ombro, enquanto na pastagem ITM houve maior variação entre as demais posições, onde a posição de meia encosta obteve o menor teor. Resultados que podem ser atribuídos ao manejo inadequado adotado nesta pastagem, como já verificado anteriormente. Em ambas as pastagens houve mineralização líquida do nitrogênio em todas as posições (Tab.3). Na posição de ombro obteve-se o maior valor de mineralização líquida, 51,7 e 41,9 mg kg -1, e menor no pedimento, 11,4 e 16,3 mg kg-1, para a pastagem degradada e conservada respectivamente. A menor mineralização líquida obtida na posição de pedimento pode ser atribuída principalmente devido a imobilização de amônio (NH4+) pela biomassa microbiana do solo (Idol et al., 2003). O processo de imobilização é representado pelo valor negativo, o qual é resultante de concentrações de nitrogênio mineral menor que as 108 encontradas no início do período, explicando a origem dos valores negativos (Menezes e Salcedo, 2007). Tabela 3. Nitrato e amônio extraídos da resina e do solo e a mineralização líquida na camada de 0-20 cm de profundidade nas posições de ombro, meia encosta e pedimento. Posição Ombro Meia encosta Pedimento Ombro Meia encosta Pedimento N extraído da Resina N extraído do Solo Mineralização Líquida N-NO3N-NH4+ N-NO3N-NH4+ -1 ------------------------------------------ mg kg -----------------------------------------Pastagem Degradada 9,38 5,40 2,50 34,5 51,7 1,74 1,62 8,35 2,03 8,06 40,3 51,8 11,4 8,52 3,08 -2,1 Pastagem Conservada 4,53 14,2 14,7 4,03 2,29 7,57 18,1 31,9 7,13 4,71 11,9 -7,27 16,3 41,9 Parte do nitrogênio mineral fica no solo disponível para as plantas e a outra parte pode ser perdida por lixiviação ou absorvido pelas plantas, esta última é representada pelo que ficou retido na resina. O nitrato (NO3-) apresentou os maiores valores em relação ao NH4+ na resina, pois o NO3- é a forma de nitrogênio mais susceptível ao processo de lixiviação, uma vez que é altamente dependente das cargas positivas do solo, como apresenta cargas negativas em sua estrutura resulta em menor adsorção coloidal, tornando-o componente da solução sendo facilmente lixiviado (Brehm et al., 2013). Menezes e Salcedo (2007) estudando a mineralização de nitrogênio após a incorporação de adubos orgânicos, encontraram valores de nitrogênio na forma de NO 3- sendo mais perdidos via lixiviação. As taxas de decomposição são dependentes da disponibilidade de água e da temperatura do solo, sendo também afetadas pelas características físicas, químicas e biológicas do solo, teor de oxigênio, a relação C:N, pH e a textura do solo (Camargo et al., 2008). Os processos de mineralização e imobilização no solo são muito variáveis, pois 109 resultam da interação de uma série de fatores de ordem química, física e biológica. CONCLUSÃO As pastagens conservadas e degradadas, apresentaram mineralização líquida de nitrogênio proveniente da matéria orgânica. A posição do pedimento em ambas as pastagens apresentou imobilização de nitrogênio amôniacal. REFERÊNCIAS Brehm, M. A. S.; Rebequi, A.M.; Salcedo, I. H.; Sousa, J. I.; Pessoa, T. C.; Araújo, T. F. M. Deslocamento vertical de nitrato e amônio sob chuva simulada em solo cultivado por agricultura familiar. In: I Reunião Nordestina de Ciência do Solo, Areia. I Reunião Nordestina de Ciência do Solo, 2013. Brehm, M. A. S. Estabilidade e distribuição do tamanho de agregados em duas topossequências sob pastagem com diferentes níveis de conservação. 2010, 44f. Dissertação. (PPGMSA)-CCA-UFPB, Areia. Camargo, F. A. O.; et al. Nitrogênio orgânico do Solo. In: Santos, G. A.; Camargo, F. A. O. (Eds). 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Nature, v.371, p. 783-785, 1994. 111 Capítulo 14 Obtenção e avaliação de nutriente de nitrogênio em plantio de quiabeiro (Abelmoschus esculentus L Moench) Rosiane dos Santos Denes Carlos Santos da Graça Ana Amélia Gama de Barros Gisélia Cardoso INTRODUÇÃO O Nitrogênio (N) é um dos elementos mais requeridos pelas plantas, devido à sua relevância na produção de novas células e tecidos. Neste contexto o teor de N e o método de fertilização empregado, pode afetar significativamente a produção agrícola (Porto et al., 2014). A ureia é o produto nitrogenado mais utilizado no Brasil e no mundo, por apresentar maior concentração de N, aproximadamente 46%, e menor custo (IFA, 2013). Embora seja uma fonte rica em Nitrogênio, sua aplicação direta no solo aumenta o pH devido a rápida hidrólise enzimática com formação de amônia e de nitrato o que reduz a eficiência da fertilização em consequência das perdas por volatilização (Fontoura e Bayer, 2010). A nitrificação do solo pode ser minimizada com a aplicação de ureia incorporada ou revestida a substratos inertes, precedida da correção da acidez por calagem, que possibilita o nitrogênio, proveniente da hidrólise da amônia (NH3) fixar-se na forma de amônio (NH4+) que é estável (EMBRAPA, 2005; Bernardi et al., 2015). Diante da necessidade de melhorar a eficiência no uso de produtos nitrogenados na agricultura, o objetivo deste estudo foi elaborar um produto de liberação controlada de nitrogênio (PLCN) a partir da mistura, por extrusão, de ureia com vermiculita encapsulada em derivado celulósico, e avaliar o seu desempenho em cultivo de quiabeiro (Abelmoschus esculentus L Moench). 112 MATERIAIS E MÉTODOS Para o desenvolvimento do PLCN, utilizou-se de ureia da Fábrica de Fertilizantes Nitrogenados de Sergipe – FAFEN; vermiculita expandida de granulometria na faixa de 021-0,30mm e carboximetilcelulose (CMC) comercial. A obtenção do PLCN se deu em três etapas: na etapa 1: a vermiculita foi seca em estufa com circulação de ar a 30°C, até peso constante; na etapa 2: mistura de vermiculita com ureia na proporção 70:30 (m/m) foi realizada em misturador mecânico a 100 rpm, e na etapa 3: à mistura vermiculita/ureia foi adicionada o hidrogel encapsulante de CMC 1% (m/v) e submetida à extrusão, na forma de bastão com 10mm de comprimento e 4mm de diâmetro. O material extrudado foi seco em estufa com circulação de ar a 30ºC, até atingir peso constante. A análise elementar dos constituintes da vermiculita e do PLCN foi realizada por espectroscopia dispersiva de raios X (EDX) utilizando o equipamento Shimadzu, modelo EDX – 720, Ray HY – X Ray Spectrometer. O solo do sítio de testes agrícolas do IFS/Campus São Cristóvão-SE, utilizado no teste da eficiência do PLCN, foi quimicamente analisado, antes da aplicação do produto, pelos Métodos Padrões Oficiais para Análises de Corretivos e Fertilizantes (MPOACF) da Secretaria Nacional de Defesa Agropecuária definida pela Portaria SNAD Nº 31 de 08 de junho de 1982, com a finalidade de avaliar a necessidade ou não, tanto de calagem quanto de adubação, antes do cultivo do quiabeiro (Abelmoschus esculentus L. Moench) A comprovação da incorporação da ureia no PLCN foi realizada por Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) na região NIR, aplicando 64 varreduras com resolução de 4 cm-1, em amostras preparadas em pastilha de KBr, na proporção de 1:100 (m/m) utilizando o equipamento Thermo Scientific, Nicolet iS10. A caracterização morfológica da vermiculita e do PLCN foi realizada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) utilizando o aparelho Hitachi, modelo TM 3000 e a estrutura por difração de raios X (DRX) utilizando o equipamento Bruker D8-Advance série Da Vinci, com fonte de radiação CuKα (λ = 1,5418Å), varredura de 2θ, de 4 a 75º com passo de 0,02º e tempo de aquisição de 0,4 segundos. A determinação do perfil de liberação do N no PLCN foi realizada por meio de medida de quantidade de nitrogênio total liberado em água, pelo método de Kjeldhal aplicando o modelo matemático de Korsmeyer113 Peppas (Korsmeyer et al., 1983; Ritger e Peppas, 1987; Siepmann e Peppas, 2001). RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 1 mostra os resultados de EDX da vermiculita e do PLCN e das análises realizadas por MPOACF de amostra do solo. Observa-se que não são encontrados metais pesados acima dos limites estabelecidos pelo Decreto 4.954 de janeiro de 2004. Tabela 1. Análise elementar da vermiculita, do PLCN e da amostra de solo do sítio de testes do IFS EDX Elementos Metálicos Mg Si Al Fe S K Ca Ti Cr Ba Ni Mn Ag Zn V Vermiculita (%) 7,009 5,936 4,010 1,662 0,008 0.092 0,025 0,245 0,170 ---0,039 0,013 ---0,002 0,009 MPOACF PLCN (%) Amostra de Solo 1,418 1,036 0,807 0,441 0,149 0,009 0,008 0,056 0,034 ---0,008 0,004 0,002 0,000 0,001 1,110 cmolc/dm3 --0,990 cmolc/dm3 458,360 mg/dm3 ---22,000 mg/dm3 0,590 cmolc/dm3 ------------1,190 mg/dm3 ---0,220 mg/dm3 --- A Figura 1(a, b) mostra a morfologia estratificada lamelar compacta sobreposta e disposta em blocos obtida por MEV tanto para a vermiculita quanto para o PLCN, característica de argilominerais (Barabaszova e Valaskova,2013) e que o processamento do PLCN não alterou a morfologia do substrato mineral. 114 Figura 1. Micrografia por MEV da vermiculita (a) e do PLCN (b), com ampliação de 500x. Os resultados das análises espectrofotométricas por FTIR da vermiculita, ureia e PLCN são apresentados na Figura 2. Constata-se que a vermiculita apresenta uma banda de absorção larga e intensa em 3420 cm-1 atribuída à deformação axial de ligação do oxigênio com hidrogênio (O-H) intermolecular presente na estrutura molecular da vermiculita e na água adsorvida. Enquanto que os espectros de infravermelho da ureia e do PLCN mostram bandas de absorção de 3480 e 3349 cm -1 correspondente à vibração assimétrica e simétrica, respectivamente, do grupo N-H, original da ureia; a absorção da banda em torno de 1647 cm -1 está associada ao alongamento de vibração dos grupos –C=O da ureia, comprovando a sua incorporação ao produto final (Silverstein et al., 2006). Na Figura 3, observam-se no difratograma em azul, picos característicos da vermiculita (Bergaya e Lagaly, 2013). Em relação ao difratograma do PLCN, em vermelho, observam-se o pico de difração (2θ) 22,31° típico da ureia (Nardi et al., 2015), o que comprova a incorporação desta na vermiculita. A Figura 4 mostra o perfil de liberação de N do PLCN durante um período de observação de noventa dias (2160 horas). Os parâmetros cinéticos de liberação determinados por meio do modelo de KorsmeyerPeppas, mostrou que, a constante da taxa de liberação (K) foi 1,54 ± 0,58 e o expoente de liberação que caracteriza o mecanismo de transporte envolvido (n) 0,48 ± 0,05. O perfil da curva revela que 50% de N são liberados em 600h, tendendo a estabilizar gradativamente a liberação em 60% de N. O PLCN produzido neste estudo promoveu liberação lenta de N e o seu desempenho é corroborado por resultados encontrados na literatura (Silva et al., 2014; Aouada et al., 2008; Geng et al., 2015). 115 Figura 2. FTIR da vermiculita, ureia e do PLCN 50 PLCN Ureia Vermiculita Si-H 30 6,12° Al-OH 820 cm-1 O -1 H H 2360 cm 1639 cm-1 Al-O 680 cm-1 20 PLCN Vermiculita V Intensidade Relativa (u.a.) 40 % Transmitância Figura 3. Difratograma da vermiculita e PLCN. 3240 cm-1 O-H 10 22,31° U 12,28° V N-H 0 -1 -1 3349 cm 3500 3000 3480 cm 4000 Si-O-Si / Si-O-Al -C=O 1647 cm-1 2500 2000 1005 cm-1 1500 1000 Si-O 18,43° 24,64° 31,02° V V V -1 463 cm 500 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 2 (graus) -1 Número de onda (cm ) Figura 4. Perfil de liberação controlada cumulativa de nitrogênio em água do PLCN. Liberação cumulativa de N (%) 60 50 40 30 20 10 0 0 500 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Tempo (h) A análise de pH da amostra do solo empregada na avaliação do PLCN, revelou que este possui pH=5,06 necessitando portanto de correção por calagem, o que foi realizado com calcário dolomítico, vinte dias antes do plantio do quiabeiro (Abelmoschus esculentus L Moench) (Sobral, 2007). A Figura 5 (a, b) mostra o desenvolvimento do quiabeiro (Abelmoschus esculentus L Moench) duas semanas após o plantio na presença e ausência do PLCN, com o mesmo número de sementes, em cada jardineira. Observa-se que os quiabeiros da jardineira (a) se desenvolveram de forma homogênea e mais vigorosa no solo adubado com o PLCN, comprovando assim, sua eficiência. 116 Figura 5. Plantação experimental de quiabeiro após duas semanas. CONCLUSÕES A proposta de incorporar ureia em vermiculita encapsulanda em hidrogel de CMC como meio de evitar rápida hidrólise enzimática e a volatilização da amônia, mostrou ser uma alternativa para obtenção de PLCN como fonte de N para as plantas, evitando o possível risco de eutrofização do solo, baixa eficiência na fertilização e contaminação do meio ambiente, além de possuir baixo custo de produção. REFERÊNCIAS Aouada, F. A.; Moura, M. R.; Menezes, E. A.; Nogueira, A. R. A.; Mattoso, L. H. C. 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Recomendações para o uso de corretivos e fertilizantes no estado de Sergipe. 1ª ed. Aracaju: Embrapa Tabuleiros Costeiros, 2007. 241p. 118 Capítulo 15 Projeto de otimização de um ventilador centrífugo através da dinâmica dos fluidos computacional (CFD) Leonardo Brito Kothe José Leandro Rosales Luz Tanit Daniel Jodar Vecina INTRODUÇÃO Estudos sobre desempenho de ventiladores centrífugos vêm sendo conduzidos através dos anos. Características como vazão e pressão entregue, além de melhorias na eficiência energética são constantemente buscadas. Os ventiladores centrífugos são intensamente utilizados na indústria para os mais diversos tipos de aplicação, como na área de secadores industriais, aquecedores de ambientes, climatização e diversas aplicações na agropecuária. Em busca de aumento de desempenho para melhorar a eficiência energética, estudos são realizados experimentalmente e, mais recentemente, numericamente. Na literatura estão demonstrados diversos estudos já realizados com ventiladores centrífugos, tanto com os de pás radiais, como com os de pás curvadas para frente ou curvadas para trás. Em Bhope et al. (2004), foi realizada uma análise teórica e experimental sobre as tensões envolvidas em um ventilador centrífugo com as pás voltadas para trás, mostrando um comportamento complexo das tensões nas regiões das pás. Em Kim et al. (2004), foram desenvolvidos modelos simplificados de forças do impulsor, para determinar uma forma otimizada de um ventilador centrífugo com as pás voltadas para frente. Para isso, foram variados fatores como a posição e raio da lingueta, ângulo de expansão do formato do caracol e a largura do rotor. No presente trabalho são testados ventiladores centrífugos com as pás voltadas para frente. Este tipo de ventilador é muito utilizado para condições que exigem elevados fluxos, alta eficiência e baixos ruídos (Guo et al., 2004). O ventilador do presente trabalho tem sua aplicação no ramo de aquecedores de ambientes para animais, muito aplicado para suínos e aves. Para isso uma análise experimental e numérica foi 119 realizada com o objetivo de se obter resultados semelhantes e, a partir daí, buscar uma otimização do ventilador, podendo decidir, assim, o formato com melhores resultados para as características desejadas. MATERIAIS E MÉTODOS Os ventiladores centrífugos (entende-se como o conjunto caracolventoinha) são modelados através de CAD 3D, sendo um deles com as mesmas dimensões do ventilador original do estudo experimental e o outro o modelo otimizado com as pás para trás, que foi posteriormente produzido para estudos comparativos. Na Figura 1(a), o formato do caracol original e as dimensões dos ventiladores estão representados. Sendo as espessuras das chapas de 1,5 mm. Já o rotor otimizado, Figura 1(b), foi projetado com o objetivo de melhorar a vazão do ventilador e diminuir a potência absorvida. A escolha pela utilização de pás curvadas para trás deve-se ao fato de essas gerarem menores níveis de ruído. O número de pás calculado para o novo rotor foi de 13 pás. Figura 1. (a) Geometria do caracol original e (b) modelo otimizado. Primeiramente uma estimativa analítica é realizada através de equações descritas na literatura. Com o equacionamento e com o triângulo de velocidades, é possível fazer uma estimativa de diferentes características de trabalho dos ventiladores centrífugos para as suas respectivas dimensões. A estimativa é realizada com um equacionamento obtido através de Henn, (2006); White, (1998). Na solução numérica dos ventiladores centrífugos é utilizado o software comercial Fluent/Ansys que trabalha com o método de Volumes Finitos. Este método utiliza a forma integral das equações de conservação como o seu ponto de partida (Ferziger et al., 2002). Seu 120 princípio de funcionamento se dá pela subdivisão do domínio da solução em um número finito de volumes de controle adjacentes, onde a cada volume de controle são aplicadas as equações de conservação, onde então, obtém-se uma equação algébrica para cada volume de controle que é resolvida de forma iterativa para cada volume Patankar, (1980); Maliska, (2004). As equações de conservação de massa e quantidade de movimento linear são resolvidas por meio das equações de NavierStokes com médias de Reynolds (RANS), como pode ser visto em Wilcox, (1998). Para o presente trabalho, optou-se pela utilização do modelo de turbulência k-ω SST, modelo que é uma mistura entre os modelos k-ε e k-ω. Segundo Menter et al., 2003, a formulação é baseada em funções de misturas, a qual garante uma seleção adequada das zonas k-ε e k-ω sem a iteração do usuário. Este modelo de turbulência tem sido constantemente empregado na literatura, como em trabalhos realizados por Jayapragasan et al. (2014); Jang et al. (2013) e Tsugita et al. (2013). O domínio utilizado foi dividido em duas regiões, sendo criado um domínio para o caracol e outro para a região do rotor. As condições de contorno utilizadas são de pressão atmosférica na entrada - onde é criada uma região em forma de semiesfera representando uma área exterior - pressão atmosférica na saída e condição de rotação de 1735 rpm na região das pás da ventoinha. Nas paredes é considerada condição de não deslizamento, de modo a captar os efeitos viscosos do ar. São considerados, também, uma intensidade de turbulência de 10% e um comprimento de escala turbulenta de 0,1 m. As simulações são realizadas em regime permanente. Na Figura 2 é possível ver o domínio, a malha e um detalhamento dos prismas na região das pás do rotor – concebidos com o objetivo de aprimorar os resultados nas regiões próximas das pás, sendo utilizadas 8 camadas para cada face das pás. Figura 2. (a) Divisão dos domínios, (b) geometria criada e (c) malha criada. 121 Para uma melhor análise de resultados, antes das simulações é necessário fazer uma avaliação da malha utilizada. Para o presente trabalho foram analisadas três malhas de diferentes tamanhos. Após, foi realizado um comparativo de resultados de velocidade média na saída e torque nas pás para as três malhas simuladas. Para os casos analisados os resultados foram semelhantes, onde foi possível obter uma diferença máxima de 0,4% na velocidade média entre a malha mais refinada e a mais simples. Com isso, devido a velocidade computacional para convergência das simulações, foi escolhido trabalhar com a malha intermediária, com aproximadamente 3.830.000 elementos. Os testes experimentais são realizados em ventiladores fabricados com as mesmas dimensões dos modelos das simulações, utilizando um motor da WEG de 4 polos e com 5 cv. Para os testes, a velocidade foi medida em 12 pontos distintos na seção de saída. A medição de velocidade nos pontos é realizada com um termo anemômetro digital, modelo MDA-II. É medida também a corrente elétrica gerada para cada situação, sendo possível mensurar, assim, seu consumo. A medição é realizada com um alicate amperímetro digital, modelo ET-3200. A velocidade de rotação das pás é medida com um foto tacômetro, modelo MDT-2244B. RESULTADOS E DISCUSSÃO Resultados numéricos: As simulações numéricas foram realizadas para os dois tipos de ventilador: com o modelo original de 16 pás sem formato aerodinâmico e para o modelo otimizado de 13 pás curvadas para trás com formato aerodinâmico. Para uma rotação de 1735 rpm, foi obtida uma vazão de 85,8 m³/min para o modelo original de 144 m³/min para o modelo otimizado, representando um aumento de 67,8%. Além disso, houve uma queda de 33,6% do torque obtido na região das pás. Na Figura 3 é possível ver o comportamento dos vetores de velocidade na região central do caracol, para o caso original de 16 pás e para o modelo otimizado com 13 pás. Além disso, na Figura 4, é possível ver um detalhamento do escoamento que ocorre na região entre as pás, na forma de vetores de velocidades. Estas formas de visualização auxiliam no desenvolvimento do projeto tornando possível avaliar em detalhe o comportamento do escoamento. As imagens mostram as regiões que apresentam recirculações do fluido e perdas volumétricas internas e, portanto, aonde devem ser feitas as otimizações para melhorar o desempenho do equipamento. Estas recirculações e vórtices 122 que ocorrem dentro do ventilador são responsáveis por um mal funcionamento da máquina, ruído elevado e perda de carga. Figura 3. Campo de vetores da simulação para o (a) modelo original e (b) modelo otimizado. Figura 4. Campo de vetores com recirculação na região das pás para o (a) modelo original e (b) otimizado. Resultados experimentais: Nesta seção são apresentados os resultados experimentais - onde estão demonstrados os valores obtidos através das medições de velocidade do escoamento para diferentes pontos, além dos valores de corrente elétrica e ruído - do ventilador original e do ventilador otimizado. Na Figura 5 é possível ver o ventilador otimizado. 123 Figura 5. Ventilador otimizado. Para o cálculo da vazão, são realizadas medições da velocidade do escoamento na seção de saída. No total são medidos 12 uniformemente distribuídos, onde é possível calcular e comparar a vazão para cada ventilador. No ventilador original foi obtida uma vazão de 88 m3/min, já o ventilador com as pás voltadas para trás apresentou uma vazão de 153,7 m3/min, representando um aumento de 74,65%. Para um comparativo de consumo dos ventiladores, são realizadas medições de corrente, medição feita através de um multímetro eletrônico com as máquinas em funcionamento. Assim, para o ventilador com as pás para frente foi obtida uma corrente de 16 A, já para o ventilador com as pás para trás foi obtida uma corrente de 11 A, mostrando uma queda no consumo após as modificações. Para ambos os ventiladores também foram medidos os níveis de pressão sonora, ou seja, os ruídos gerados, sendo que as medições foram feitas três vezes para cada caso. Com os resultados obtidos é possível observar uma redução do ruído causado pelas máquinas, onde o nível sonoro do modelo original foi reduzido em aproximadamente 10 dB com o novo ventilador com as pás aerodinâmicas e curvadas para trás. CONCLUSÃO O presente trabalho apresentou uma análise numérica e experimental sobre o desempenho de ventiladores centrífugos de uso industrial e que são comumente utilizados para ventilação de suínos e aves. Os resultados obtidos foram satisfatórios, sendo possível obter melhorias consideráveis apenas com um redimensionando adequado no formato e número de pás do ventilador centrífugo. A grande vantagem 124 da aplicação numérica no estudo foi a possibilidade de visualização do escoamento e determinar regiões específicas do equipamento a serem melhoradas, como zonas de recirculação e estagnação. Em um comparativo dos resultados numéricos e experimentais, ocorreu uma diferença de até 4,7%, sendo que as incertezas de medições podem ser de até 5% e, portanto, a diferença se encontra na margem de erro. As medições experimentais apresentaram resultados interessantes quanto ao consumo, já que passou-se de 16 A à um consumo de 11 A, o que representa uma diminuição de 31,25% na potência consumida. O novo modelo apresentou um ganho de vazão de 74,65%. No modelo projetado com as pás voltadas para trás foi possível obter uma redução do ruído gerado pelo conjunto ventilador-motor, de aproximadamente 10 dB. Trata-se de um resultado interessante, visto que modificando apenas o formato do ventilador o ruído diminuiu consideravelmente. Para procedimentos futuros, novos formatos das pás e até de caracol poderão ser testados, buscando se chegar ao ponto ótimo de características como vazão, pressão ou redução de ruído. REFERÊNCIAS Bhope, D. V.; Padole P. M. Experimental and theoretical analysis of stresses, noise and flow in centrifugal fan impeller, Mechanism and Machine Theory, 2004, p.1257-1271. Ferziger, J. H.; Peric, M. Computational Methods for Fluid Dynamics. Springer, 3ª edition, Berlin; Heidelberg; New York; Barcelona; Hong Kong; London; Milan; Paris; Tokyo; 2002. Guo, E. M.; Kim, K. Y. Three-Dimensional Flow Analysis and Improvement of Slip Factor Model for Forward-Curved Blades Centrifugal Fan, KSME International Journal, 2004, Vol. 18, No. 2, p. 302-312. Henn, E. A. L. Máquinas de Fluido. Ed. UFSM, 2ª Edição; 2006. Jang, C. M.; Lee, J. S.; Yang, S. H. Performance Evaluation of a Centrifugal Blower Using Optimal Design Method, Fluids Engineering Division Summer Meeting, 2013. Jayapragasan, C. 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DCW Industries, Inc., 1998. 126 Capítulo 16 Proposta de ferramenta didática para ensino em engenharia eletrônica: integração a conversores de energia Khaled Jamal Bakri Rodrigo da Ponte Caun Felipe Walter Dafico Pfrimer Renato Francisco Merli Alberto Yoshihiro Nakano INTRODUÇÃO Os meios de produção (composto por equipamentos, infraestrutura, etc.) e de serviço estão passando por profundas mudanças, caracterizadas por uma supervalorização do conhecimento (VALENTE, 1995, p. 41). Em muitas áreas de pesquisa, “a maioria das competências adquiridas por uma pessoa no início de seu percurso profissional estarão obsoletas no fim de sua carreira” (LÉVY, 1999, p. 157) de modo que o aprendizado contínuo é uma meta para o profissional do futuro. Certamente, estamos adentrando na sociedade do conhecimento em que os processos de sua aquisição assumirão papel de destaque, ou seja, de primeiro plano (DRUCKER, 1993; NAISBITT & ABURDENE, 1990). Essa mudança implica em uma alteração de postura dos profissionais em geral e, portanto, requer o repensar dos processos educacionais. A educação não pode mais ser apenas baseada na instrução que o professor passa ao aluno, mas na construção do conhecimento pelo aluno e no desenvolvimento de competências como aprender a buscar a informação, compreendê-la e saber utilizá-la na resolução de problemas. A tentativa de modernizar ou repensar a educação tem sido feita através da introdução de tecnologias no ensino, e como aponta Kenski (2012, p. 8) a “educação e tecnologia são indissociáveis”. A partir do início do século XX, a convergência da ciência e tecnologia inaugurou uma “tecnologia científica” que determinou um avanço exponencial nas invenções e descoberta de soluções para investigações e questionamentos sobre os fenômenos do mundo, o que leva à impressão 127 de uma ilimitada possibilidade de aquisição e produção do conhecimento (SILVA, 2013, p. 138). Partindo do princípio que introduzir novas tecnologias no ensino podem proporcionar uma melhoria na aprendizagem do conhecimento e, considerando relatos de professores, discentes e egressos em atividades de iniciação científica/tecnológica (IC/IT) e trabalhos de conclusão de curso em Engenharia Eletrônica do campus Toledo, verificou-se a necessidade de objetos de aprendizagem que possibilitem explorar aplicações práticas em disciplinas, principalmente, na disciplina de Controle de Sistemas Lineares. Nesse contexto, este trabalho apresenta resultados preliminares de um projeto de IC voltado à produção de um objeto de aprendizagem com foco em aplicações de controle em conversores de energia, tendo como alvo alunos de graduação e pós-graduação de Engenharia Elétrica e áreas afins. O objetivo da ferramenta didática em questão é proporcionar conhecimento através da investigação e projeto de controladores analógicos e digitais para as configurações básicas de conversores CC-CC. Em seguida, apresentar-se-á a metodologia utilizada, e, por fim, algumas discussões sobre as possibilidades de utilização desse material na sala de aula. MATERIAIS E MÉTODOS O objeto em estudo aborda o controle de três topologias básicas de conversores CC-CC: Buck, Boost e Buck-Boost. Para este fim, planeja-se o desenvolvimento de um circuito que permita a comutação entre estes três tipos de conversores e a possibilidade de substituição do controlador, construído de forma modular, proporcionando flexibilidade ao estudante durante uma atividade prática. Pelo fato do IC estar ainda em andamento, neste artigo serão discutidas apenas as considerações teóricas e práticas referentes ao conversor Buck, deixando os outros conversores Boost e Buck-Boost e o controlador digital para trabalhos futuros. O conversor Buck é caracterizado por ser um abaixador de tensão, ou seja, o nível de tensão da saída do conversor é menor que à entrada aplicada. A Figura 1 apresenta os elementos necessários para o desenvolvimento do circuito de potência contendo a chave eletrônica (T), o diodo (D), o capacitor (C), o indutor (L) e a carga (RL), arranjados para atender a configuração do conversor de energia em estudo. A seguinte discussão abordará o projeto, a simulação e a implementação do conversor em matriz de contatos. 128 Figura 1. Circuito eletrônico do conversor Buck. O projeto do conversor Buck se baseou em parâmetros prédeterminados, dentre os quais, destacam-se: tensão de entrada (Vin), razão cíclica (d(t)), corrente no indutor (iL), variação da corrente no indutor (∆iL), tensão de saída (Vout), variação da tensão de saída (∆Vout) e frequência de chaveamento (fc). Após as etapas de projeto, o conversor foi simulado em malha aberta para avaliar se o circuito de potência atendeu as respectivas especificações de projeto, avaliando adicionalmente o comportamento dos seguintes sinais: corrente no transistor (iR), no diodo (iP), no capacitor (iC) e na carga (iR), bem como a tensão no diodo (VP), capacitor (VC) e indutor (VL). Com relação ao controle do nível de tensão na saída do conversor, destaca-se que é realizado via chaveamento da tensão de entrada, por meio da chave semicondutora T, no qual o valor médio da tensão de interesse (Vout) é controlado pelo tempo em que a chave eletrônica permanece aberta ou fechada empregando-se a modulação por largura de pulso (do inglês, Pulse-Width Modulation - PWM), cuja frequência de chaveamento permanece constante diante da variação do sinal modulante de controle (Mohan,2002). Em seguida, modelou-se o conversor Buck usando o modelo médio de espaço de estados, obtendo a função de transferência através da relação entre a tensão de saída do conversor pela razão cíclica da chave semicondutora. Com base neste estudo preliminar, foi constatado que o sistema é do Tipo 0, ou seja, não possui nenhum integrador, implicando no tradicional erro de regime estacionário. Portanto, uma forma simples de corrigir o erro de regime estacionário corresponde a utilização de um controlador proporcional-integral (PI), sendo projetado pelo método de Lugar das Raízes no domínio da frequência (Ogata, 2010). Para completar o sistema, incluiu-se uma eletrônica analógica 129 responsável pelo processamento dos sinais contínuos em consonância com a malha de controle e seguiu-se para a simulação em software SPICE (do inglês, Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis). Constatou-se que as especificações de erro em regime estacionário foram atendidas, premissa almejada neste projeto. Ao final, foi aplicado o controlador analógico, compondo a fase de testes práticos em laboratório, com a implementação em matriz de contados para validar os resultados teóricos do conversor de energia e do sistema de controle, conforme apresentado na próxima seção. Por fim, com o intuito de ampliar a aplicabilidade do protótipo na disciplina de controle, propôs-se a extensão dos resultados à disciplina de controle digital através da aplicação do método de mapeamento de polos e zeros do controlador analógico projetado no domínio “s”. Este processo refletiu positivamente no desenvolvendo de um tutorial resumido com foco na aplicação de equações a diferença de controladores, integrando digitalmente parte do processamento analógico dos sinais como, por exemplo, a geração interna do PWM e da operação de subtração, utilizando a placa de desenvolvimento EK-TM4C123GXL, que possui um processador ARM® Cortex™-M4 TM4C123GH6PMI, indicado para aplicações de processamento digital de sinais. RESULTADO E DISCUSSÃO Considerando o processo de validação entre teoria/prática das etapas de concepção do protótipo, houve o desenvolvimento da malha de controle analógica por meio de uma placa em matriz de contatos. A Figura 2 apresenta a setorização do protótipo, conformem as especificidades que envolvem o processo de controle de conversores CCCC. Para o projeto do conversor Buck utilizou-se os parâmetros definidos na Tabela 1, considerando um protótipo de baixa potência. Tabela 1. Parâmetros para projeto do filtro LC passa baixa Tensão de entrada, Vin 20 V Tensão de saída, Vout 10 V Corrente no indutor, iL 100 mA Frequência de chaveamento, fC 20 kHz Ciclo de trabalho (Duty cicle), d (t) 0,5 Carga, RL 100 Ω Considerando os resultados obtidos na Figura 3, observa-se que os principais sinais envolvidos no projeto do circuito de potência 130 controlado por um circuito analógico PI atenderam as condições impostas na Tabela 1, além de garantir um erro de regime estacionário nulo. Além disso, nota-se que a corrente de inrush do conversor não atingiu valores prejudiciais ao circuito de potência, motivando o desenvolvimento de um estágio de entrada retificador, alimentado diretamente da rede de corrente alternada (CA). Assim, o protótipo aproximar-se-á das convencionais fontes chaveadas do tipo of-the-line, que são utilizadas comercialmente. Figura 2. Implementação prática da malha de controle integrado ao conversor Buck Neste projeto de IC, após a finalização construtiva dos kits de desenvolvimento em sistemas de controle linear, uma etapa de coleta de dados será realizada para demonstrar sua eficácia no processo ensino/aprendizagem junto às turmas de alunos do curso de graduação em Engenharia Eletrônica do campus Toledo. Neste caso, o uso do objeto de aprendizagem ocorrerá em duas etapas: identificação do problema e a busca de uma solução que atenda as especificações delineadas pelo professor. Outra abordagem para este projeto consiste no apoio a 131 interdisciplinaridade entre as disciplinas de Eletrônica de Potência e, em especialmente, Controle de Sistemas Lineares analógicos e digitais, consolidando o conhecimento através de atividades práticas em sistemas eletrônicos. Figura 3. Comportamento transitório, sendo (a) tensão de saída, (Vout) (b) sinal de erro (subtração entre o sinal de amostra da tensão de saída e a referência do degrau), (c) tensão espelho da corrente no indutor e (d) o comportamento em regime permanente do sinal de controle (d(t). (a) (b) (c) (d) CONCLUSÃO O projeto de IC alcançou em sua fase inicial o objetivo de produzir um protótipo de circuito eletrônico no domínio da Eletrônica de Potência com vistas ao desenvolvimento de controladores analógicos e sua aplicação prática, ou seja, o objeto de aprendizagem. Atualmente, o desenvolvimento do sistema de controle digital está em fase de testes práticos, produzindo uma forte contribuição na substituição dos controladores analógicos pelos digitais através do uso de um algoritmo 132 preform para o microcontrolador TM4C123GH6PMI, viabilizando o uso de equações à diferença resultantes das mais diversas técnicas de projetos de controladores no domínio “z”. Por conseguinte, após a finalização dos testes em matriz de contatos, uma placa de circuito impresso (do inglês, Printed Circuit Board – PCB) e três máscaras de trilhas comutadoras serão produzidas com a finalidade de viabilizar um kit de desenvolvimento em sistemas de controle. Assim, o protótipo final de aprendizagem disponibilizará alguns níveis de autonomia ao acadêmico de Engenharia Eletrônica da UTFPR campus Toledo, ou seja, a escolha da topologia de conversor CC-CC (Buck, Boost e Buck-Boost) e a natureza do controlador (discreto ou contínuo) a ser aplicado. REFERÊNCIAS DRUCKER, P. F. Post-capitalist society. New York: HarperCollins, 1993. KENSKI, V.M. Educação e tecnologias. Campinas, SP: Papirus, 2007. LÉVY, P. Cibercultura. Tradução: Carlos Irineu Costa. São Paulo: Ed. 34, 1999. MOHAN, N.; UNDELAND T. M.; ROBBINS, W.P. Power electronics: Converters, applications and design. John Wiley & Sons, Inc, 3 Ed., 2002. NAISBITT, J.; ABURDENE, P. Megatrends 2000: ten new directions for the 1990's. New York: Avon Books, 1990. OGATA, K. Engenharia de controle moderno. São Paulo-SP: Pearson Prentice Hall, 5 Ed., 2010 SILVA, P. K. L. e. A escola na era digital. In: ABREU, C. N.; EISENSTEIN, E.; ESTEFENON, S. G. B. (Org.). Vivendo esse mundo digital: impactos na saúde, e nos comportamentos sociais. Porto Alegre: Artmed, 2013. VALENTE, J. A. Informática na educação: confrontar ou transformar a escola. Perspectiva, Florianópolis, v. 13, n. 24, p. 41-49, jan. 1995. Disponível em: . Acesso em: 26 jun. 2016. WILLEY, D. Connecting learning objects to instructional design theory: A definition, a metaphor, and a taxonomy, 2000. Disponível em: . Acesso em: 26 jun. 2016. 133 Capítulo 17 Rendimentos agrícolas de variedades de cana-deaçúcar sob diferentes lâminas de irrigação Gabrielle de Araújo Ribeiro Marcos Ferreira de Mendonça José Dantas Neto INTRODUÇÃO Com a grande diversidade das variedades de cana-de-açúcar destaca-se a importância de indicar a que se caracteriza, por exemplo, com alta produtividade agroindustrial (Souza et al., 2012). No setor sucroalcooleiro o aumento da produtividade requer a obtenção de novas variedades de cana-de-açúcar, uma vez que a degenerescência dos materiais promove perdas nos rendimentos agrícolas (Espironelo et al., 1988; Resende Sobrinho, 2000). Outro fator relevante para a produção da cana-de-açúcar é a disponibilidade hídrica adequada. De acordo com, Dantas Neto et al., (2006) o manejo racional da água na cultura de cana-de-açúcar influencia na produtividade, uma vez que nem sempre as precipitações atendem a necessidade da planta, sendo essencial a irrigação. A hipótese desse estudo é que há interferências dos rendimentos agrícola da produção em respostas as diferentes variedades e regimes hídricos. Portanto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar os rendimentos médios de produção da cana-de-açúcar, em três diferentes variedades, e em cinco lâminas de irrigação. MATERIAL E MÉTODO O experimento foi conduzido na Fazenda Olho D’Água (Latitude 7°25’7’’S, Longitude 35°16’35’’W e altitude de 109m), localizada na bacia hidrográfica do Rio Goiana, no município de Camutanga - PE. O solo predominante (Figura 3) na área de estudo foi caracterizado como ARGISSOLO VERMELHO Eutrófico abruptico, textura média (leve)/argilosa, A moderado, fase relevo suave ondulado (PVe1) (EMBRAPA, 2006). Os tratamentos foram cinco níveis de irrigação dispostos em faixas, com quatro linhas de cultivo com largura total de 5,60 m e 134 comprimento de 30,0 m, totalizado uma área de 168,0 m². Os níveis de irrigação (115, 100, 70, 50 e 10% de reposição da ETc) diminuíram na medida em que a faixa se afastou do centro do experimento onde estava a linha de aspersores. As cultivares utilizadas foram: a RB92579, a RB867515 e a VAT90-212, as quais foram distribuídas ao acaso, dentro das faixas de irrigação. Sendo o experimento dividido em 4 repetições (blocos) Para determinação do rendimento agrícola ao final do ciclo, os colmos das duas linhas centrais, de cada uma das parcelas experimentais, foram pesados com o auxílio de um dinamômetro com capacidade para 1.000 kg, o rendimento agrícola foi expresso em tonelada de colmo por hectare (t de colmo.ha-1). Para determinação dos demais rendimentos foram coletadas amostras de cada parcela as quais foram, em seguida, submetidas à análise tecnológica no laboratório da Usina Central Olho D’Água S/A, onde foram determinados os parâmetros: rendimento médio de POL (TPH), teor de fibra da cana (TF), pureza do caldo extraído da cana (PZA) e teor de açúcar total recuperável (ATR). A estatística foi realizada por meio de análise de variância em sistema fatorial 3x5 (variedades x lâminas), em 4 blocos e as médias comparadas pelo teste de Tukey. Para as interações (variedade x lâmina) significativas realizou-se a análise de regressão. RESULTADOS Os componentes de produção da cultura da cana-de-açúcar, tais quais rendimento médio de colmos (TCH), rendimento médio de POL (TPH), foram expressivamente influenciados pelas diferentes lâminas de irrigação aplicadas à cultura a nível de 1 de probabilidade, porém não foram influenciados pelas variedades de cana-de-açúcar. O teor de fibra (TF), pureza do caldo (PZA) e açúcar total recuperável (ATR) não foi significativo para as demais fontes de variedade e lâmina (Tabela 1). Quanto a interação (variedade x lâminas de irrigação) apenas interferiu na TCH ao nível de 1% de probabilidade. Os demais componentes da produção não foram significativos para essa interação. Com base nos dados constatou-se que em relação as três variedades os maiores resultados médios foram TCH (133,82 t de colmo ha-¹); TPH (21,83 t de POL ha-¹); teor de fibra (13,95%); pureza do caldo (85,59pureza) e ATR (149,12atr) todos para a variedade RB867515, porém não diferiram estatisticamente das demais variedades. 135 Tabela 1. Resumo da análise de variância para rendimento médio colmos - TCH, rendimento médio de POL - TPH, teor de fibra - TF, pureza do caldo de cana - PZA, açúcar total recuperável - ATR, eficiência no uso da água (calculada com base no TCH) e suas médias Quadrados Médios G Fontes de Variação L TCH TPH TF PZA ATR 101,87 Variedades 2 30,63ns 4,01ns 0,72ns 9,27 ns ns Lâminas de irrigação 4 843,66* * 304,18* * 18,79* * Variedade x lâmina 8 Bloco 3 15,12 ns 4,4 ns Resíduo CV (%) Médias 42 - 81,23 6,95 129,75 3,31 10,27 17,73 4,34 ns 0,18 279,08 ns 43,88 ns 0,40 51,44 168,65 ns ns ns 0,48 ns 0,47 5,15 13,37 ns 15,22ns 161,19ns 16,62 4,83 84,22 166,81 9,43 136,94 ** e * significativo a 1% e a 5 % de probabilidade, respectivamente; ns – não significativo. A fonte de variação de diferentes lâminas de irrigação, influenciaram sensivelmente as variáveis de produção da cultura da cana-de-açúcar, constatando-se efeito linear a nível de 1% de probabilidade no TCH e TPH (Figura 1). Figura 1. Caracteres de produção de diferentes lâminas de irrigação, em que: a – rendimento médio de colmos (TCH), b – rendimento médio de POL (TPH). A B Verificou-se um incremento linear no TCH e o TPH (Figura 1a e 1b), conferindo que para cada 100mm de água adicionada ao solo, há um 136 aumento de 1,63 e 0,35 toneladas nos respctivos rendimentos médios de colmo e açucar por hectare. Logo, quanto maior a lâmina maior o TCH e TPH.Observa-se também o coeficiente de determinação (R²), obtendo um maior ajuste para a amostra de TPH. Gava et al. (2011) corroboraram com esta afirmação, pois observaram que em manejo irrigado os valores de TCH (118,8 t de colmo ha-¹) e TPH (22,9 t de POL ha-¹) , para a variedade RB867515, foram superiores aos de manejo não irrigado. No presente trabalho, para cultivar RB867515, na maior e menor lâmina, o TCH foi 150,45 e 120,54 t de colomo ha-1 respectivamente, e o TPH foi 21,83 e 13,21 t de POL ha1, observando que quanto maior a lâmina maior a produção. A fonte de variação da interação das cultivares de cana-de-açucar com as diferentes lâminas de irrigação influenciou no TCH, com efeitos significativos a nível de 1% de probabilidade na lâmina 1060,89mm; a 5% de probabilidade para 1553,52mm e as demais lâminas não foram siginificativas (Tabela 2). Tabela 2. Desdobramento das diferentes variedades de cana-de-açúcar em cada lâmina de irrigação para as variáveis toneladas de colmos por hectare (TCH) Quadrados médios Fontes de variação GL TCH Variedades com a lâmina 1553,52mm 2 182,32* Variedades com a lâmina 1439,84mm 2 25,77ns Variedades com a lâmina 1250,37mm 2 166,88ns Variedades com a lâmina 1060,89mm 2 706,58 ** Variedades com a lâmina 757,74mm 2 165.81ns ** e * significativo a 1% e a 5 % de probabilidade, respectivamente; ns – não significativo Na figura 2 destaca-se o maior rendimento médio de colmo para a variedade RB867515, produzindo 150,45 t de colmo ha-¹ com a lâmina de irrigação de 1553,52mm, correspondendo a 5,44 e 8,91% a mais em relação as outras variedades com a mesma lâmina. Já o menor rendimento médio de colmo (116,96 t de colmo ha-¹) foi obitdo na variedade VAT90-212, com a irrigação de 757,74mm. Em relação às lâminas de irrigação observou que os maiores e menores rendimentos médio de colmo foram alcançados, respectivamente, com a maior e menor aplicação da lâmina. Apesar da variedade RB867515 obter o maior valor de TCH, na lâmina 1553,52mm, ela não diferiu estatisticamente da variedade RB92579 nessa lâmina. 137 Ressalta-se também que apenas a variedade RB92579 diferiu das demais variedades, quando irrigada com 1060,89mm. O mesmo comportamento foi identificado por Silva et al.(2015), onde confirmam que para a variedade 867515 os maiores valores de TCH e TPH foram em ambiente irrigado quando comparado ao sequeiro, alcançando 93,9t de colmo ha-¹ e 13t ha-¹, respectivamente. Figura 2. Rendimento médio do colmo (TCH) de três variedades de canade-açúcar sob cinco lâminas de irrigação Para a variedade RB92579 os incrementos foram de 1,32 t de colmo.ha-1 para cada 100 mm de água aplicada à cultura. Nas variedades RB867515 e VAT90-212, os incrementos observados foram respectivamente, 1,99 e 1,5 t de colmo.ha-1 para cada 100 mm de água adicionado ao solo (Figura 3). Figura 3. Equações lineares da produção de colmos por hectares (TCH) de três variedades de cana-de-açúcar sob cinco lâminas de irrigação. 138 CONCLUSÃO A variedade RB867515 com a lâmina 1553,52mm obteve o maior rendimento médio de colmo com 150,45 e t de colmo ha¹. Para cada 100 mm de água aplicada à cultura, houve um incremento de produção de 1,99; 1,32, e 1,5 t de colmo.ha -1, respectivamente para as variedades RB867515, RB92579, e VAT90-212. O crescimento do rendimento em toneladas de colmos por hectare obteve resposta linear, à medida que os níveis de água aplicados foram aumentados. REFERÊNCIAS Dantas Neto, J.; Figueirêdo, J. L. C.; Farias, C. H. A. de; Azevedo, H. M. de; Azevedo, C. A. V. de. Resposta da cana-de-açúcar, primeira soca, a níveis de irrigação e adubação de cobertura. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.10, p.283-288, 2006. Embrapa. Centro Nacional de Pesquisa de Solos. Sistema Brasileiro de Classificação de Solos. 2 ed. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2006. Espironelo A., Pommer C. V., Pereira J. C. V. A.; Igue T. Avaliação de variedades IAC de cana-de-açúcar das séries de 1965 e 1966 e de outras cultivadas no estado de São Paulo. Bragantia, 47:83-92, 1988. Gava, G. J. de C.; Silva, M. de A.; Silva, R. C. de; Jeronimo, E. M.; Cruz, J. C. S.; Kölln, O. T. Produtividade de três cultivares de cana-de-açúcar sob manejos de sequeiro e irrigado por gotejamento. Agriambi, v.15, n.3, p.250-255, 2011. Resende Sobrinho, E. A. Comportamento de variedades de cana-deaçúcar em Latossolo Roxo, na Região de Ribeirão Preto/SP. Jaboticabal, 2000, 85 f. Dissertação (Mestrado em Agronomia) – Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, Universidade Estadual Paulista, Jaboticabal, 2000. Silva, M. A. de; Arantes, M. T.; Hein, A. F. L.; Pincelli R. P.; Santos, C. M.; Moura, P. C. Características morfofisiológicas e produtividade de canade-açúcar variam de acordo com a cultivar e o regime hídrico. Revista Irriga, Botucatu, ed. Especial, p. 160-177, 2015. Souza, P. H. N. de; Bastos, G. Q.; Anunciação Filho, C. J. da; Dutra Filho, J. de A.; Machado, P. R. Avaliação de genótipos de cana-de-açúcar para início de safra na Microrregião Centro de Pernambuco. Revista Ceres, Viçosa, v. 59, n.5, p.677-683, set/out, 2012. 139 Capítulo 18 Sistema de transmissão de dados sem fio utilizando energia renovável Alisson Felipe Coelho Garcia Alan Ruani Dias Gonçalves Zito Palhano da Fonseca INTRODUÇÃO Com o crescimento populacional é necessário encontrar medidas para o aumento da produção de alimentos em todo o planeta. Com isso a área das fazendas cresceu muito e os grandes fazendeiros passaram a ter menos controle de suas propriedades e da variabilidade de produção entre uma área e outra (Coelho, 2005), devido ao extenso território e a falta de contato visual com as plantações, à agricultura de precisão pode se mostrar de grande utilidade, visando o aumento da produtividade e também a redução de gastos com insumos e recursos hídricos. A agricultura de precisão não é algo novo, pelas últimas três décadas ela vem sendo desenvolvida em países da Europa e dos Estados Unidos, porém no Brasil ela começou a aparecer apenas no final dos anos 90 (Mantovani, 2000); Ela pode ser resumida em dois objetivos principais: Redução dos custos de produção através do racionamento dos recursos utilizados na cultura e também aumento de produção por meio de correções precisas nas áreas de menor produtividade, ambos são possíveis utilizando as várias tecnologias disponíveis atualmente. A agricultura de precisão necessita de dados precisos de vários setores da cultura para ter um bom monitoramento da qualidade do solo, temperatura, umidade entre outros, que podem ser obtidos visualmente ou manualmente (Qingyuan Ma et al., 2006). Neste contexto surge a oportunidade de automatizar o processo de obtenção de tais mensuras através do sensoriamento remoto, sem a necessidade de esforço humano e de maneira mais eficiente. A distribuição dos sensores na extensão da cultura pode ser planejada para obter máxima cobertura, abrangendo assim locais remotos ou de difícil acesso que em caso de leitura manual causaria transtornos, e também com baixo custo em comparativo com a mão de obra humana. 140 Com a coleta precisa de dados através do sensoriamento remoto poderá ser feita a redução correta do uso de recursos como água e energia, o que irá reduzir os custos de produção da cultura (Correia et al., 2013). No entanto em muitos casos em propriedades rurais na área de plantação não existe a passagem da rede elétrica de distribuição, desta forma um sistema de monitoramento ficaria inoperante. Neste caso o uso de energia renovável oriunda de painéis fotovoltaicos se torna interessante, pois é um sistema totalmente isolado da rede elétrica e pode ser distribuído por uma vasta área. O uso de um sistema autônomo de alimentação aliado a módulos de comunicação sem fio de monitoramento conectados em rede podem monitorar uma grande área de plantio. Este trabalho propõe o uso de uma fonte chaveada do tipo abaixador de tensão (Buck) operando de forma entrelaçada para processar a energia de um painel fotovoltaico de forma mais eficiente, para alimentar um sistema de monitoramento sem fio e uma bateria. MATERIAIS E MÉTODOS O sistema proposto é formado por duas estações, a primeira localiza-se no escritório da propriedade (mestre), e a segunda no campo (escravo) coletando os dados através de sensores e os enviando para a estação mestre e onde o sistema autônomo de alimentação atua. A figura 1 apresenta um diagrama do sistema proposto. Figura 1. Sistema proposto. CONVERSOR CC-CC BUCK ENTRELAÇADO PAINEL FOTOVOLTAICO BATERIA ARMAZENAMENTO DE DADOS MESTRE ESCRAVO 141 A estação mestre é composta por um Arduino UNO, módulo RTC (Real Time Clock), módulo SD e XBee, o XBee recebe os dados enviados por um outro XBee da estação escravo, o Arduino UNO lê os dados recebidos, e também lê o horário que o módulo RTC está marcando e os salvam no cartão SD para posterior análise. A estação “escravo” que se localiza distante da estação mestre e desprovida de energia fornecida pela rede elétrica e é composta por um painel fotovoltaico, bateria, conversor Buck entrelaçado, XBee e sensores (temperatura, umidade do ar, umidade do solo, luminosidade). A função dessa estação é se manter sistema operante 24 horas por dia coletando dados dos sensores e os enviando para a estação mestre, a noite quando o painel solar não fornece energia para o sistema, a bateria passa a alimentar os sensores e o XBee para que os mesmos continuem operando normalmente. Para um melhor aproveitamento da energia gerada pelo painel solar a melhor opção são as fontes chaveadas, devido sua elevada eficiência (acima de 90%) e reduzido peso e volume. A saída de energia do conversor Buck comum operando em modo de condução continua, possui a característica de fonte de corrente, dessa forma fornecendo corrente continua para a saída com pouca ondulação. No entanto ainda existe a necessidade de inserir um capacitor eletrolítico na saída e segundo Maddula o capacitor eletrolítico possui uma vida útil reduzida em relação a capacitores não polarizados. Desta forma o conversor Buck entrelaçado se torna uma atraente, pois sua ação de entrelace consiste na sobreposição das correntes dos indutores L1 e L2, assim fornecendo para o sistema e a bateria uma corrente com ondulação quase desprezível, podendo utilizar um capacitor não polarizado na saída ou até mesmo retirar esse elemento da saída do conversor, fazendo com que a vida útil do sistema seja consideravelmente elevada em relação a conversores que utilizam capacitores polarizados. No entanto como é apresentado na figura 2 esse conversor possui um numero maior de componentes em relação ao Buck clássico. A figura 2 apresenta as etapas de funcionamento do conversor Buck entrelaçado para condução continua. 142 Figura 2. Etapas de funcionamento do Conversor Buck Entrelaçado. Etapa 1: L1 Painel Solar i_S1 S1 D1 C R i_S2 t D2 L2 Etapa 2 e 4: S2 i_D1 L1 Painel Solar t S1 D1 C R i_D2 t D2 L2 Etapa 3: S2 i_L1 t L1 Δi_L1 Painel Solar S1 D1 C R i_L2 t Δi_L2 D2 L2 t S2 Etapa 1: O interruptor S1 se encontra em condução e carrega o indutor L1 e o diodo D1 nesta etapa está bloqueado. O interruptor S 2 encontra-se bloqueado e o indutor L2 entrega sua energia armazenada para a carga através do diodo D2. Etapa 2 e 4: Os interruptores S1 e S2 encontram-se em condução, desta forma armazenando energia em L1 e L2 e os diodos D1 e D2 se encontram bloqueados. Etapa 1: O interruptor S2 se encontra em condução e carrega o indutor L2 e o diodo D2 nesta etapa está bloqueado. O interruptor S 1 encontra-se bloqueado e o indutor L1 entrega sua energia armazenada para a carga através do diodo D1. Através das etapas de funcionamento é possível levantar as equações para calcular os indutores L 1 e L2 e o capacitor C. As equações 1, 2 e 3 apresentam o cálculo dos indutores, capacitor e razão cíclica respectivamente. Io16.fs. ΔVo (2) Vout Vin (3) 143 Onde:        Vin - tensão de entrada. Vout - tensão de saída. - ondulação da tensão de saída. D - razão cíclica. Io - corrente de saída. - ondulação da corrente de saída. s - frequência de comutação. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 3 apresenta o sistema de comunicação sem fio proposto, composto pelo mestre, escravo, sensores, RTC e cartão SD. Figura 3. Gráficos da corrente de saída, tensão de saída, e corrente nos indutores L1 e L2. Para demonstrar o comportamento do conversor Buck entrelaçado e validar o seu projeto os resultados são apresentados. A tabela 1 apresenta as especificações de projeto. Tabela 1. Especificação do projeto. Variáveis Valores 144 Vin Vout Io Pout fs ΔiL Δvo 17 V 11 V 1A 11 W 50 kHz 5% 5% Através das equações 1, 2 e 3 obtém os valores dos indutores L 1 e L2, capacitor C e razão cíclica D, seus valores são 1,553mH, 2,2uF e 0,64 respectivamente. Figura 3. Gráficos da corrente de saída, tensão de saída, e corrente nos indutores L1 e L2. A tabela 2 apresenta os valores obtidos através das formas de onda apresentadas na figura 3. Tabela 3. Valores obtidos Variáveis Tensão de Saída Corrente no Indutor L1 Corrente no Indutor L2 Corrente de Saída Valores 11,044Volts 0,500 A 0,500 A 1,0003 A Pode-se observar através da Figura 3 que a corrente média nos indutores é 0,5A e que a ação de entrelace gera uma corrente na saída de 145 1A com pequena ondulação, pois ao se somar as correntes dos indutores reduz-se a ondulação da corrente de saída, tornando assim o valor de saída bem próximo ao calculado. CONCLUSÃO Este trabalho apresentou um sistema que demonstra grande potencial de utilização e um baixo custo, bem como possíveis expansões e aperfeiçoamentos para melhor a eficiência dos dados coletados, precisão e alcance. O sistema visa demonstrar e exemplificar a instrumentação eletrônica aplicada a agricultura de precisão, sendo assim, com um baixo custo é possível montar um esquema de emissor-receptor de dados coletados, com grande potencial de aplicação em campos de cultivo. As possibilidades de expansão e aperfeiçoamento se mostraram muito promissoras, tais como aumento de alcance, setorização e expansão da rede. O hardware proposto viabiliza a alimentação de sistemas de monitoramento, onde não existe a passagem da rede elétrica de distribuição. Além de utilizar energia renovável foi projetado pensando em prolongar o tempo de vida de seus componentes eletrônicos. REFERÊNCIAS Coelho, A. M. Agricultura de Precisão: Manejo da variabilidade espacial e temporal dos solos e culturas. 2005. Disponível em: http://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/CNPMS/18887/1/Doc _46.pdf. Correia, F. P. et al. Propagation analysis in Precision Agriculture environment using XBee devices, Microwave & Optoelectronics Conference (IMOC), 2013, SBMO/IEEE MTT-S International, p.1,5, 4-7. Maddula, S. K.; Balda, J. C. Life time of electrolytic capacitor in regenerative induction motor drives, in Proc. IEEE Power Electron Spec. Conf., 2005, p.153-159. 2005. Mantovani, E. C. Agricultura de Precisão e sua Organização no Brasil, Agricultura de Precisão. In: A. Borém, M. P. Giúdice, D. M. Queiroz, E. C Mantovani, L. R Ferreira, F. X. R. Valle, R. L Gomide. Viçosa, 2000. Qingyuan Ma, et al. The Data Acquisition for Precision Agriculture Based on Remote Sensing. Geoscienceand Remote Sensing Symposium, 2006. IGARSS 2006. IEEE International Conferenceon, p.888, 891, July 31, 2006. 146 Capítulo 19 Tracionador de cabos em torre de ancoragem para estudo do comportamento vibracional de cabos condutores e carregamentos transmitidos para as fundações em uma linha de transmissão experimental Fábio Yukio Nara Marcos José Mannala Márcio Tonetti Lucas Campanholo Busseti Alfaia Mendes Mateus Endo Nascimento INTRODUÇÃO Com a necessidade do projeto “Aumento da Capacidade de Transmissão de Linhas Aéreas: Novas Técnicas”, de analisar o comportamento vibracional dos cabos de alta tensão para diferentes cargas aplicadas e comportamento da estrutura de suporte da linha de transmissão e a magnitude das cargas transmitidas às fundações, foi projetado e construído um sistema capaz de tracionar os cabos de transmissão na torre de ancoragem. Este equipamento foi desenvolvido para ser instalado na linha experimental, em uma das torres de ancoragem, que comporá a linha de transmissão experimental (LTE). A LTE será composta por três torres para a tensão de 230 kV, sendo duas torres de ancoragem e uma de suspensão, circuito simples. Sendo assim, foram desenvolvidos três sistemas de tração, um para cada cabo condutor. Os sistemas de tração foram instalados apenas em uma das torres de ancoragem. Eles são idênticos em relação a capacidade de carregamento e componentes, porém apenas um deles possuí a forma de fixação diferenciada, entre a estrutura do sistema de tração e o corpo da torre, devido ao ponto de fixação ser diferente na fase superior. 147 Antes de iniciar o projeto do equipamento, foi realizado uma análise detalhada no projeto da torre de ancoragem, com o objetivo de encontrar a melhor solução para aplicar tração nos três cabos condutores e como acoplá-los na torre. ANÁLISE DA TORRE DE ANCORAGEM A análise do projeto da torre de ancoragem, foi realizada visando encontrar uma solução para tracionar os condutores e, ao mesmo tempo, não modificar seu projeto inicial ou, caso necessário, modificar o mínimo possível, isto para que não ocorressem alterações nos carregamentos previstos no projeto inicial da torre. A análise foi realizada com base nos arquivos de projeto e cálculo estrutural da torre de ancoragem. Para facilitar a visualização dos pontos de ancoragem, foram construídos desenhos, em 3D, de partes da torre onde são fixados os cabos. Neste caso, foram encontrados dois pontos diferentes de ancoragem: um na mísula, onde são ancoradas as fases laterais, e um ponto junto ao corpo da torre, onde é ancorado a fase superior. Ao analisar os pontos onde são ancorados os cabos verificou-se que, pelo modo como são fixados, não haveria uma forma de inserir um sistema capaz de tracionar o cabo. Por isso, foram analisados outros pontos existentes no projeto original, para verificar a possibilidade de utilizá-los. Para o caso da mísula, verificou-se que podem ser aproveitados, para a fixação do sistema, os pontos onde são utilizados para carregamentos de cargas durante a montagem da torre, ilustrado na Figura 1. Figura 1. Mísula alterada 148 No caso da fase superior, não foi possível encontrar uma forma de adaptar na estrutura o mesmo projeto utilizado nas fases inferiores. Portanto, foi necessário alterar o projeto do tracionador, afim de adaptar nesta posição, mas não foi obtido nenhuma solução trivial. Por isso, foi necessário a alteração do projeto original da fixação, como apresentada na Figura 2. Figura 2. Alteração na fase superior PROJETO DO SISTEMA DE TRAÇÃO Antes de iniciar a concepção do projeto do sistema de tração, foi realizado um levantamento de requisitos que este deveria possuir. Os requisitos necessários encontrados foram:  Tracionar os cabos condutores para carregamentos entre 1.500 a 4.000 kgf;  Velocidade baixa para o deslocamento do sistema, aproximadamente 2,5 mm/s;  Comando para movimentação do sistema deve ser executada remotamente;  Instalação elétrica trifásica 220V disponível na LTE;  Proteção do sistema para desligá-lo, quando alcançar um determinado limite de deslocamento;  Posicionamento do ponto de ancoragem do cabo no sistema de tração;  Proteção do sistema contra chuva e poeira;  Medição da carga aplicada. Com base no levantamento dos pré-requisitos citados, foram pesquisadas alternativas para o projeto com componentes comerciais 149 (itens de prateleira), porque fabricar um produto novo teria um custo financeiro alto para o projeto. Os itens que não foram encontrados para compra, foram fabricados de acordo com o projeto desenvolvido. Para tracionar o cabo, a melhor opção encontrada foi a utilização de um macaco mecânico, equipamento utilizado para movimentação de carga com recurso multiplicador de força através de um mecanismo de fuso, coroa e rosca sem fim. Como o macaco mecânico suporta carregamento radial muito pequeno, é necessário utilizar uma ferramenta que suporte a força devido ao peso do cabo e ação do vento. Para isso, a solução encontrada foi utilizar uma guia linear de esferas, pois este equipamento permite o deslocamento do carro do sistema de tração, suportando as forças nas direções perpendiculares ao deslocamento. A definição para a velocidade baixa de deslocamento do sistema, foi devido ao sistema que controlará o tracionador de cabos, porque quanto menor a velocidade mais fácil é para realizar o controle. Para isso, foi utilizado um redutor de velocidade acoplado ao motor elétrico e ao macaco mecânico. O comando remoto do equipamento será obtido com a utilização, para o acionamento do macaco mecânico, de um motor elétrico e inversor de frequência, que foram especificados de acordo com a capacidade de carregamento, velocidade de deslocamento requerida e fonte alimentação disponível na LTE. O inversor de frequência será operado por sistema de controle através de um modulo de comunicação. Para proteção contra chuva e poeira, foram especificados componentes com grau de proteção “IP-65”, “IP-66” e “IP-67” e, para aqueles que não possuem, foram inseridas proteções em torno deles. A proteção do sistema para o limite de deslocamento, é obtido com a utilização de chave fim de curso, e o posicionamento do ponto de ancoragem através de um transdutor de posição linear. Na Tabela 1, são apresentados os principais componentes do sistema de tração. 150 Tabela 1. Principais componentes do sistema de tração Componente Descrição do item utilizado Equipamento com capacidade para tração de Macaco Mecânico 5.000 kgf Motor de indução trifásico com potência de 1 CV Motor elétrico e rotação nominal de 1730 rpm Redutor de Redutor de velocidade com rosca sem fim e velocidade redução de 10:1 Guia linear de esferas com capacidade de carga Guia linear estática de 196,2 kN e dinâmica de 139,35 kN Componente projetado a partir da análise da Estrutura do sistema torre e desenvolvido a partir de cantoneiras, de tração perfil U, barra chata e chapas de aço. Instrumento de medição próprio para tração de Célula de carga cabos com capacidade de 5 toneladas Transdutor de posicionamento linear do tipo Transdutor de potenciométrico com faixa de medição de 1.000 posicionamento mm. Componente utilizado para desligar o sistema de Chave fim de curso tração quando este atingir o final do trilho da guia linear. MONTAGEM E TESTES Após a etapa do projeto da parte mecânica do sistema de tração, iniciou-se a etapa de montagem do primeiro sistema para a realização de testes. A Figura 3 mostra a montagem do equipamento e seus componentes. Figura 3. Montagem do sistema de tração e seus componentes. 151 Como o teste era apenas para avaliar a parte estrutural do projeto, essa montagem inicial foi realizada sem os itens de proteção (chave fim de curso e transdutor de posição linear). O teste foi realizado no laboratório de ensaios de cabos (LECA) dos Institutos LACTEC. Inicialmente, o teste consistiu em aplicar cargas variando de 1.000 em 1.000 kgf até 5.000 kgf, mantendo-se por um período de aproximadamente 5 minutos cada carregamento e, ao mesmo tempo, avaliando a integridade estrutural do sistema. Após este teste, o sistema foi tracionado com 5.000 kgf e mantida a carga por aproximadamente 12 horas. No final deste período, ele apresentava uma carga de 4.517 kgf e estável nesse valor. Foi avaliado a estrutura do equipamento e nenhum problema foi encontrado. Analisando toda a montagem da bancada, pode se verificar que a redução do carregamento ocorreu devido a acomodação do conjunto do cabo de aço e grampos de fixação do laço, na ancoragem da base de concreto. Com o resultado positivo no teste do primeiro tracionador, foram montados e testados os outros dois sistemas. Com o início da construção da LTE, os sistemas de tração foram instalados na torre de ancoragem, conforme previsto no projeto, antes da realização do lançamento dos cabos, como mostrado na Figura 4. Figura 4. Sistemas de tração instalados na torre. 152 CONCLUSÃO Neste trabalho, foi apresentado o desenvolvimento do sistema de tração que será utilizado como uma das principais ferramentas do projeto de pesquisa da LTE. A utilização deste equipamento será de grande importância para o projeto de pesquisa porque, a partir dele, criará as condições para a análise do comportamento vibracional dos cabos para diferentes carregamentos e em condições de utilização mais próximas das condições reais, não obtidas em laboratório como, por exemplo, o comprimento do vão de 270 m, formação de catenária, ventos e variação das condições climáticas. A utilização de operação remota deste equipamento permitirá controlá-lo de qualquer lugar onde houver rede de dados, não sendo necessário subir na torre para operá-lo. Atualmente a linha de transmissão experimental encontra-se em fase de desenvolvimento, já possuindo as torres montadas, com os sistemas de tração instalados. No momento, o equipamento não está sendo utilizado porque ainda estão sendo finalizadas as ancoragens dos cabos condutores e realizadas as instalações elétricas, para alimentação do motor elétrico, e sendo desenvolvido o sistema de controle do tracionador de cabos. Para um projeto futuro, será estudado um modo para a utilização do sistema de tração para simular um rompimento do cabo condutor e, com isso, analisar o comportamento estrutural da torre onde ela se encontra. REFERÊNCIAS Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT. NBR 5422: Projetos de Linhas Aéreas de Transmissão e Energia Elétrica - Procedimento. Rio de Janeiro, 1985. Chaves, R. A. Fundações de Torres de Linhas de Transmissão e de Telecomunicação. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2004. Gere, J. M.; Timoshenko, S. P. Mecânica dos Sólidos. Ed. Livros Técnicos e Científicos, 1994. Popov, E. P. Introdução à Mecânica dos Sólidos. Ed. Blucher, 1978. Shigley, J. E.; Mischke, C. R.; Budynas, R. G. Projeto de Engenharia Mecânica. Ed. Bookman, 2005. 153 Capítulo 20 Uso de piloto automático com sinal RTX na semeadura de trigo em curva aberta e fechada Cristhian Suttor Bettio Diandra Ganascini Carlos Alexandre Wunsch Lucas Domingos Renosto Flávio Gurgacz INTRODUÇÃO O sistema de posicionamento por satélite, como dispositivo de guia e piloto automático, vem tomando espaço na agricultura, agricultura de precisão é uma ferramenta auxiliar que permite o deslocamento preciso das máquinas agrícolas na lavoura, esse sistema otimiza as frotas agrícolas, reduzindo os desperdícios de insumos, economizando tempo, combustível e dando maior rendimento e eficiência operacional. Além de permitir o tráfego controlado de máquinas, diminuindo o tráfego e a compactação de áreas cultivadas (Silva et al., 2010). Segundo Oliveira e Molin (2011) a adoção de piloto automático está diretamente ligada a diminuição do estresse do operador, aumento de jornada de trabalho, aumento de capacidade de campo, devido à facilidade de manuseio e a disponibilidade do operador em dar mais atenção a operação. Baio et al. (2011) afirma que a substituição de operador por piloto automático no direcionamento durante as operações mecanizadas, diminui consideravelmente o erro entre as passadas. No entanto é fundamental que os sistemas de direcionamento tenham boa precisão e acurácia, garantindo assim qualidade nas operações efetuadas e retorno econômico do investimento em maquinas e equipamentos. Dessa forma o trabalho teve por objetivo comparar o sistema de piloto automático com piloto manual em dois trajetos curva aberta e curva fechada, na operação de semeadura do trigo. 154 MATERIAIS E MÉTODOS A área de estudo está localizada na latitude 25,22685007° S e longitude 53,30677334° O, no município de Cascavel-PR, com 67 ha de cultivo de sistema de semeadura direta. Os ensaios foram realizados com um trator New Holland T7.175, 4x2 TDA, equipado com piloto automático hidráulico integrado e habilitado sinal de correção RTX Center Point® e uma semeadora New Holland, modelo SSM23 com 23 linhas espaçadas em 17cm entre si. Foram avaliados os espaçamentos entre as passadas adjacentes do conjunto (trator + semeadora) em uma porção da área semeada com o uso do piloto automático (T1) e sem o uso do piloto automático (T2). O trajeto ao longo das passadas (em cada área) proporcionou passadas em curvas abertas e curvas fechadas. As avaliações foram feitas aos 7 dias após a emergência da cultura (DAE) através de medições manuais da largura de 10 passadas, em 7 pontos aleatórios de cada tratamento (T1 e T2) nos pontos de curvas abertas e fechadas. Os valores encontrados foram tabulados e calculado as médias com os respectivos coeficientes de variação (C.V.%) de cada ponto avaliado. Também foi feita uma contagem dos dados e classificação dos valores em espaçamentos duplos, falhas e aceitáveis. Para isso foi considerado como espaçamento de referência a distância exata entre as linhas da semeadora (17 cm) e o erro admitido pelo sinal RTX Center Point de 3,8 cm, resultando na seguinte equação: (falha: >17+3,8; aceitável: ≤17+3,8 e ≥17-3,8; > duplo: 17-3,8). RESULTADOS E DISCUSSÃO Na figura 1 estão apresentados os resultados de contagem dos espaçamentos duplos, falhos e aceitáveis, cujos valores foram transformados em porcentagem. É possível observar na Figura 1 que, de maneira geral, há grande porcentagem de espaçamentos falhos, indepedente do tipo de direcionamento e percurso. No entanto os testes com sistema de piloto automático apresentam maior porcentagem de espaçamentos aceitáveis chegando a valores de 10,7% maior que no sistema manual, mostrando que esse tipo de recurso aumenta a qualidade da operação, pois permite que os equipamentos trabalhem mais tempo acertando o alvo pretendido. 155 Figura 1. Gráfico em porcentagem do número médio de erros de linhas duplas, aceitáveis e de falhas por passada Os espaçamentos falhos estão relacionados com o desalinhamento lateral entre a semeadora e o trator nos trajetos em curvas. Assim ocorre a formação de faixas de sobreposição ou falhas, gerando áreas com exesso de deposição de insumos e áreas sem cultivo, respectivamente, reduzindo o potencial de produção da lavoura. Os espaçamentos duplos se dão em função da sobreposição das passadas, assim sendo cria-se faixas sobrepostas que além de aumentar o custo da operação, podem gerar faixas com superdosagem de sementes e fertilizantes, a superdosagem de fertilizantes além de causar danos financeiros, devido ao seu alto custo, pode causar danos ambientais. O acúmulo de elementos tóxicos indesejáveis no solo, devido ao excesso de fertilizantes, pode gerar a degradação química do solo e a contaminação dos lenções freáticos (Ramalho et al., 2000). Ainda é possível observar que a utilização de piloto automático reduziu os espaçamentos duplos em 32,5% em relação ao sistema de direção manual, mostrando que o sistema de piloto automático pode aumentar a qualidade de semeadura e reduzir o tráfego de máquinas sobre a área. 156 Tabela 1. Valores médios de espaçamentos entre passadas e respectivos coeficientes de variação para os tipos de percurso com e sem piloto automático Espaçamento Médio Coeficiente de Variação Percurso (cm) (%) Curva Abeta com piloto 23,5 56,6 Curva Abeta sem piloto 31,9 88,3 Curva fechada com piloto 13,0 137,4 Curva fechada sem piloto 20,0 68,3 Observa-se na Tabela 1 que no percurso de curva aberta tanto para piloto automatico quanto para manual os valores médios estão mais distantes do espaçamento referencia (17cm), já para a curva fechada os valores estão mais proximos. O coeficiente de variação indica a disperção dos dados, sendo que um alto valor representa na prática uma grande variação do espaçamento entre passadas ao longo do percurso. A partir dos valores apresentados na Tabela 1 é possivel observar que em curva aberta o coeficiente de variação foi menor no piloto automático em relação ao piloto manual. Por outro lado os valores de coeficiente de variação, em ambos sistemas e trajetos, ainda é alto, pois ultrapassam 50% dos dados. Isso mostra que os trajetos em curva são mais difíceis de manter os espaçamentos desejados entre as passadas, pois há pequena margem de erros permitida a se trabalhar com espaçamentos reduzidos (17 cm). Esses resultados estão de acordo com o obtido por Baio (2005) onde o mesmo ao estudar o comportamento de um sistema de piloto automático em trajetos de curva, também encontrou erros nos trajetos. A grande dificuldade do sistema é corrigir o desalinhamento entre o ponto da antena GPS do trator e o ponto de queda de semente/fertilizante da semeadura nas curvas, além do escorregamento lateral da semeadora em relação ao trator, em terrenos que possuem declive. Isso é evidenciado pelo alto valor de coeficiente da variação, indicando que o sistema buscou a correção do espaçamento constantemente. 157 CONCLUSÃO O sistema de piloto automático aumenta a qualidade da semeadura por apresentar maior número de espaçamentos aceitáveis e reduzido número de espaçamentos duplos, em relação ao piloto manual. Para trabalhos em curvas ainda ocorrem um alto índice de erros de sobreposição, tanto em piloto manual quanto automático. REFERÊNCIAS Baio, F. H. R.; Moratelli, R. F. Avaliação da acurácia no direcionamento com piloto automático e contraste da capacidade de campo operacional no plantio mecanizado da cana-de-açúcar. Revista de Engenharia Agrícola, v. 31, n. 2, p. 367-375, 2011. Baio, F. H. R. Metodologia para ensaio de sistemas de direcionamento via satélite em percursos retos e curvos. 100f. (Doutorado). Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Ciências Agronômicas, 2005. Oliveira, T. C.A.; Molin, J. P. Uso de piloto automático na Implantação de pomares de citros. Revista Engenharia Agrícola. v.31, n.2, p. 334-342, 2011. Ramalho, J. F. G. P.; Amaral Sobrinho, N. M. B. do; Velloso, A. C. X. Contaminação da micro bacia de Caetés com metais pesados pelo uso de agroquímicos. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v.35, n. 7, 2000. Silva, C.B.; Moraes, M.A.F.D.; Molin, J.P. Adoption and use of precision agriculture technologies in the sugarcane industry of São Paulo state, Brazil. Precision. Agriculture, p.1-15, 2010. 158 Capítulo 21 Uso da plataforma arduino no desenvolvimento de calorímetro didático Jocilane Pereira de Oliveira Sidney Pereira Thaís Inês Marques de Souza INTRODUÇÃO A calorimetria é uma técnica físico-química que consiste na medição do calor, com aplicação ampla nos diversos campos, especialmente na termodinâmica, usada também em processos indústrias para o estabelecimento de condições ótimas de processos, onde a temperatura desempenha papel primordial, como por exemplo, processos de secagem, aquecimento e resfriamento de alimentos (Santos, 2011). O calorímetro é um aparelho capaz de medir a quantidade de energia trocada entre dois corpos com temperaturas diferentes. É isolado termicamente, com propósito de evitar que a troca de calor do conteúdo interno seja influenciada pelo ambiente externo. As características desse aparelho são definidas de acordo com a natureza do processo, modo de operação, dimensões e/ou material utilizado para sua construção (Santos, 2011). O elevado custo de manutenção e aquisição de um calorímetro diferencial isotérmico é, muitas vezes, um obstáculo para as instituições de ensino. Diante disto, aparelhos microcontroladores podem ser utilizados para controle, aquisição e processamento dos dados, permitindo a obtenção de maior quantidade de informações, com elevada confiabilidade (RICHTER et al., 2004). De acordo Souza et al. (2011), a plataforma Arduino oferece uma interface de simples programação e passiva aquisição de dados o que facilita o processo de instalações de sistemas automatizados. Diante disso, este trabalho teve com objetivo o desenvolvimento de um calorímetro de baixo custo utilizando a plataforma Arduino. 159 MATERIAIS E MÉTODOS O experimento foi realizado no Instituto de Ciências Agrárias da Universidade Federal de Minas Gerais, Campus Montes Claros – MG. Devido às suas características construtivas, o calorímetro fabricado é do tipo isoperbólico, (há uma pequena troca de calor entre o vaso calorimétrico e o meio ambiente). É constituído, basicamente, por o vaso calorimétrico, agitador, sensor de temperatura a prova de água DS18B20, Plataforma microcontroladora Arduino Uno e display LCD. O vaso calorimétrico utilizado é de formato circular, com capacidade de 0,8 L, com diâmetro de 18 cm e altura de 12 cm. A parte externa é constituída por uma parede de isopor de 2,5 cm de espessura. A parte interna é composta por um vaso de alumínio, para prevenir a propagação de calor por radiação. O recipiente é hermeticamente fechado para que não ocorra troca de calor por convecção. Na tampa estão acoplados o sensor de temperatura e o agitador (Figura 1). Figura 1.Vaso calorimétrico, agitador e sensor de temperatura. O agitador foi construído a partir de um motor de corrente contínua, modelo RF-300C, com tensão de operação 5,9 V, diâmetro de 25 mm, altura do corpo do motor (sem o eixo) de 14 mm, eixo de 6 mm e peso de 0,0214 Kg. Sua hélice é composta de polietileno com uma haste do mesmo material fixada no motor para formar um sistema livre para girar. 160 A rotação da hélice foi controlada por meio do controle da corrente elétrica que circula no motor. Para não dificultar o manuseio e garantir o isolamento térmico do sistema o agitador foi instalado na tampa do vaso calorimétrico. A temperatura da mistura foi medida com o sensor de temperatura a prova de água DS18B20. Trata-se de um dispositivo da série 1-wireTM capaz de medir a temperatura do meio que está inserido, fornece valores digitais de até 12 bits para cada temperatura medida. Este sensor efetua leituras na faixa de -55 ºC a 125 ºC, com precisão de até ±0,5 ºC para as temperaturas compreendidas entre -10 ºC a 85 ºC e seu tempo de conversão para temperatura é de aproximadamente 200 µs. O sensor é composto por uma ponta de aço inoxidável (6 mm x 50 mm), com cabo de 108 cm de comprimento. Cada sensor possui um código de identificação único de 64 bits gravado a laser na memória ROM (Read Only Memory). Por meio deste código é possível identificar cada sensor individualmente, e assim pode-se utilizar vários sensores como esse em um mesmo barramento, utilizando uma única porta do microcontrolador, e efetuar a leitura individualmente. O sistema foi controlado por meio da plataforma Arduino ligado a energia por uma fonte de 9 volts e de 2 sensores DS18B20 conectados na porta analógica do mesmo, que coletam as informações da temperatura. O código embarcado no Arduino realiza a leitura dos sensores e envia estas informações já processadas para o display. O Arduino é uma plataforma baseada na linguagem C/C++, a qual é também open source e interagem com seu ambiente por meio de hardware e software. No ambiente de desenvolvimento, são disponibilizadas bibliotecas que permitem o interfaceamento com outros hardwares, permitindo o completo desenvolvimento de aplicações simples ou complexas em qualquer área (Souza et al., 2011). Após as etapas de montagem do calorímetro, foi realizada a determinação da capacidade calorífica utilizando o método de mistura. A metodologia empregada foi uma adaptação dos estudos apresentados por Rodrigues (1998). As temperaturas das águas utilizadas foram aferidas por meio de dois sensores DS18B20, um para medir a temperatura dentro do calorímetro e outro para medir a temperatura fora. Para tanto, mediu-se 300 mL de água fria em uma proveta que posteriormente foi armazenada dentro do calorímetro. Na sequencia foi adicionada mais 300 mL de água à temperatura ambiente no calorímetro e então a mistura foi agitada até 161 a temperatura permanecer constante, isto é, atingir o equilíbrio térmico. Depois de realizada a medição da temperatura de equilíbrio e da determinação da quantidade de água vertida, realizou-se o cálculo da capacidade calorífica do calorímetro por meio da equação de balanço de calor. Qcedido = Qabsorvido Onde a capacidade térmica do calorímetro é: C=Q/∆t (1) A quantidade de calor cedido ou recebido é: Qmc∆t (2) Pode estabelecer a seguinte relação: Qágua= Qcalorímetro A quantidade de calor cedido pela água é igual à quantidade de calor absorvido pelo calorímetro c1m1(T1-T3)+Ccal(T1-T3)=c2m2(T3-T2) (3) Em que, c1= c2= calor específico da água (1cal/gºC) m1 = massa de água a temperatura ambiente, g m2 = massa de água a temperatura fria, g T1 água a temperatura ambiente, ºC T2 = água a temperatura fria, ºC T3 = água a temperatura de equilíbrio da mistura, Ccal = capacidade calorífica do calorímetro (cal/°C). RESULTADOS E DISCUSSÃO O calorímetro construído apresentou bom desempenho, com capacidade de leitura semelhante aos convencionais (Figura 2). O calorímetro desenvolvido apresentou capacidade calorífica de 16,14 cal/°C ± 0,02 de acordo com a tabela 1. 162 Figura 2. Calorímetro. Tabela1. Medida da capacidade térmica do calorímetro T2(°C) T1(°C) T3 (°C) m1(g) m2 (g) c1=c2 8,61 28 18,05 300 300 1 8,65 28 18,07 300 300 1 10,81 28,12 19,24 300 300 1 9,6 28,12 18,62 300 300 1 7,2 28,1 17,38 300 300 1 7,15 29,1 18,55 200 200 1 7,31 34,07 21,22 200 200 1 Média capacidade calorífica Desvio padrão capacidade calorífica Ccal(cal/°C) 16,21 16,24 16,01 15,96 15,91 16,11 16,50 16,14 0,02 Rodrigues (1998) realizou um experimento utilizando calorímetro comercial e um calorímetro caseiro, e obtiveram valores de capacidade calorífica de 19,7 ± 07 cal/°C e 20,74 ± 1,07 cal/°C respectivamente. Verifica-se que o calorímetro desenvolvido neste experimento apresenta melhor isolamento térmico quando comparado aos encontrados na literatura. O calorímetro proposto tem maior volume interno, 800 mL deste contra 250 mL do comercial EQ053, o que facilita a realização de experiências que envolvam maior quantidade de água e de objetos, quando isso se fizer necessário. Possui também agitador mecânico para uma melhor homogeneização da amostra. Desta forma a utilização do calorímetro controlado com o Arduino aumenta o rendimento das análises laboratoriais uma vez que o sistema é automatizado, sem a necessidade da utilização de termômetros que é menos preciso do que o sensor DS18B20. Esse equipamento é uma alternativa de baixo custo para a utilização em aulas práticas de física no estudo referente a trocas de 163 calor, calor específico de uma substância, capacidade térmica, entre outros. A utilização do calorímetro não se restringe somente ao ensino, podendo também ser utilizado em pesquisas. CONCLUSÃO O calorímetro baseado no Arduino demonstrou-se viável, apresentando-se preciso além de apresentar baixo custo em comparação aos calorímetros comumente encontrados no mercado nacional. Desta forma, o equipamento construído é uma alternativa eficiente e econômica para ser utilizada durante o ensino e pesquisa. REFERÊNCIAS Richter, E. M.; Rocha, R. P. F.; Angnes, L. Multímetro interfaceado de baixo custo para aquisição de dados. Química Nova, São Paulo, v. 27, n. 2, p. 313-314, 2004. Rodrigues, C. E. L.R. Laboratório calorímetro de baixo custo caseiro. Cad.Cat.Ens.Fís., v. 15, n. 3: p.319-322, 1998. Santos, D. N. Calorimetria no ensino de física com materiais de baixo custo. 85f. Dissertação (Licenciatura em Física). Departamento de Física. Universidade Federal de Rondônia, Campus de Ji-Paraná, Paraná, 2011. Souza, A. R. de et al. Placa Arduino: uma opção de baixo custo para experiências de física assistidas pelo PC. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 33, n.1, p.1702, 2011. Vuolo, J. H; Furukawa, C. H. Calorímetro didático. Revista Brasileira de Ensino de Física, v.17, n.2,1995. 164 Publicações 2016 Prêmio Mútua de Empreendedorismo 165 Capítulo 22 Programa “Doce Lar” - Melhoria habitacional para população de baixa renda “Reservado os direitos autorias Lei nº 9.610 de fevereiro de 1998” Régis Chrystian da Silva Wilian de Jesus Tiago A. Dallarosa INTRODUÇÃO O programa de melhoria habitacional denominado “Doce Lar”, trata-se de um negócio voltado ao empreendedorismo social para promoção de melhorias e reformas em residências de baixa renda com foco na promoção da qualidade de vida. Criado, à época, por três universitários de Engenharia Civil, por meio das mais avançadas técnicas construtivas das Engenharias Civil, de Qualidade, de Suprimentos, Sanitária e Ambiental, o método de operação do Programa Doce Lar é fundamentado nas técnicas de planejamento orçamentário e operacional das obras de reformas. Para conduzir o planejamento orçamentário o autor desenvolveu cálculos e formulas no programa computacional Excel que permite cruzar informações importantes para o funcionamento do sistema. A operação do Programa Doce Lar depende de um fluxo de ações coordenadas e conduzidas para que dados sejam transformados em informações que resultem no planejamento e execução correta da obra de reforma minimizando tempo e economizando recursos. Área de atuação O estoque brasileiro de moradias é de 61 milhões de unidades e tem aumentando progressivamente ao longo dos anos. Mas as residências construídas precisam de manutenções periódicas, pois sem reformas as casas se deterioram. Para manter esses imóveis em condições adequadas, os brasileiros precisariam investir cerca de R$ 32 bilhões em reformas por ano. 166 Nos próximos 12 meses, 16,8 milhões de residências do Brasil passarão por algum tipo de reforma segundo conclusões de dois estudos encomendados pelo Clube da Reforma à LCA Consultoria e ao Instituto Data Popular. A população de baixa renda trata-se das pessoas que mais carecem de melhorias habitacionais, pois estão diretamente ligadas ao índice de precariedade habitacional brasileiro, ou seja, são pessoas que moram em casas inadequadas, com umidade, mofo e fungos nas paredes, falta de ventilação, iluminação, falta de saneamento acarretando em prejuízo a saúdes e aos cofres públicos em função dos gastos com o setor público de saúde conforme estudos legitimados pela Fundação João Pinheiro Centro de Estatística e Informações (CEI) 2013. Analisando as ações e ferramentas do governo brasileiro para combater o problema conhecido como déficit de precariedade habitacional, observa-se duas grandes ferramentas, o programa de financiamento e acesso a moradia própria da Caixa Econômica Federal chamado “Minha Casa Minha Vida” que atua exclusivamente no déficit habitacional, ou seja, esta totalmente voltado a construção de novas moradias e, o programa de financiamento de materiais de construção também da Caixa Econômica Federal chamado “cartão construcard“ que possui como pré-requisito a regularização imobiliária do lote, terreno e/ou residência que pretende-se construir ou reformar. A população de baixa renda tende a estar assentada em locais irregulares, sem inscrição imobiliária, matricula do terreno e escritura, o que deixa essa faixa da população sem acesso a tais programas e totalmente desassistida sobre o ponto de vista de auxilio para promoção de melhorias habitacionais. O Programa Doce Lar atua na área de engenharia civil, engenharia sanitária e ambiental com foco no empreendedorismo social de alto impacto voltado para a população de baixa renda e objetivando a melhoria da qualidade de vida através de melhorias habitacionais. O método de operação do Programa Doce Lar é fundamentado nas técnicas de planejamento orçamentário e operacional das obras de reformas. Para conduzir o planejamento orçamentário o autor desenvolveu cálculos e formulas no programa computacional Excel que permite cruzar informações importantes para o funcionamento do sistema. A operação do Programa Doce Lar depende de um fluxo de ações coordenadas e conduzidas para que dados sejam transformados em 167 informações que resultem no planejamento e execução correta da obra de reforma minimizando tempo e economizando recursos. Descrição dos principais produtos e serviços A empresa PROJETO-A ENGENHARIA trata-se da pessoa jurídica do proponente e autor Régis Chrystian da Silva e de seus sócios relacionados acima. Cabe a esta empresa os direitos autorias do Programa de Melhoria Habitacional “Doce Lar”. O Programa de melhoria habitacional “Doce Lar” oferece a seus clientes a possibilidade de contratarem kits de reformas Express, executados em até 6 dias, incluindo projeto, orçamento, financiamento próprio, planejamento, execução e entrega técnica formatados para proporcionar melhorias nos lares de baixa renda. 168 Os kits de reformas Cada Kit de reforma do Programa Doce Lar é montado de acordo com a necessidade do cliente, bem como seu potencial pagador através da visão social e técnica do engenheiro que visita a residência de cada cliente. Materiais disponíveis para os kits de reformas Piso cerâmico; Piso laminado de madeira; Azulejo cerâmico; Textura de parede; Tintas; Papel de parede; Telhas cerâmicas; Telhas de fibrocimento; Forro de gesso; Forro de PVC; Louças e metais; Blocos de concreto; Tijolos cerâmicos; Móveis sob medida; Instalações elétricas; Instalações hidráulicas; Combate ao mofo; Combate a umidade; Impermeabilização; Caixa de água; Cisterna; Caixa de gordura; Caixa de desinfecção; Caixa de passagem; Fossa e filtro; Sumidouro entre outros! O Programa Doce Lar não é uma organização sem fins lucrativos, trata-se de um projeto de empreendedorismo social com fins em lucro. Todo o planejamento do negócio "Programa Doce Lar" esta baseado no desenvolvimento de um pacote de soluções voltado para o mercado de reformas de baixa renda. A entrada de recursos na empresa se dá quando o cliente contrata um dos kits de reformas do Programa Doce Lar. Método de contratação dos serviços Doce Lar 1) O cliente liga para o escritório do Programa Doce Lar e solicita uma visita em sua residência; 169 2) Durante a primeira visita técnica da equipe de engenharia do Programa Doce Lar na casa do cliente, o primeiro fator a se entender é o grau de comprometimento do orçamento familiar e quais as possibilidades referentes ao potencial pagador do cliente, sempre com foco em uma reforma de baixo custo que atenda as necessidades da família. Ainda nessa visita é definido o tipo da reforma e o kit a ser empregado na obra; 3) Após a definição dos itens acima, o Programa Doce Lar conduz e acompanha o financiamento da obra junto aos parceiros financeiro, desta forma o cliente não precisa iro ao banco, sua relação direta é apenas com o Programa Doce Lar. 4) Após a aprovação do financiamento do cliente a equipe do Programa Doce Lar planeja a data de início da obra e data de termino, bem como os dados técnicos necessários; 5) O último passo trata-se da entrega técnica da obra para o cliente. As obras do Programa Doce Lar são executadas de forma rápida, no mínimo dois dias, no máximo seis dias. Desta forma o programa viabiliza um grande fluxo de reformas por mês, resultando no ganho pelo gerenciamento de cada obra que gira em torno de 20% de cada obra executada. Esquema gráfico cognitivo de contratação do Programa Doce Lar. Vantagens Competitivas/Diferenciais/Inovações O Programa Doce Lar esta consolidado sobre uma plataforma social, suas engrenagens permite a associação de parceiros (fornecedores em forma de rede cooperativista) que viabiliza o fornecimento de materiais de construção com até 16% de desconto. Além deste fato, os parceiros do Programa Doce Lar são regionalizados com o objetivo do fortalecimento da economia local, dependendo do local da reforma, direciona-se a compra dos materiais para o parceiro 170 mais próximo, isso traz exclusividade aos parceiros, aumenta o fluxo de vendas e possibilita o fornecimento de insumos com baixo custo. As equipes de mão de obra do Programa Doce Lar são compostas por um pedreiro e um servente que antes de fecharem contrato com o programa, passam por treinamentos exclusivos que os tornam mais qualificados. A mão de obra também atua de forma regionalizada, desta forma o Programa Doce Lar investe fortemente no treinamento de uma grande quantidade de profissionais e os cadastram por regiões de atuação, desta forma a obra sempre será atendida por uma equipe da região residente viabilizando grande economia final. Vale destacar que todas as equipes de mão de obra cadastradas para atuarem no Programa Doce Lar são formadas por Micro Empresas Individuais. Cada equipe composta por dois profissionais trata-se de uma empresa devidamente registrada como MEI. O Programa Doce Lar fornece toda a assessoria necessária para a formalização das empresas, bem como o pagamento dos impostos devidos. Com Isso, contribui para a formalização das atividades, os profissionais passam a ter acesso a contribuição previdenciária e a assistência legal. O Programa Doce Lar possui uma rede de fornecimento de crédito baseada no cooperativismo, tais parceiros fornecem crédito aos clientes do Programa Doce Lar sem burocracia e praticam taxas de juros minoradas. As obras de reformas do Programa Doce Lar podem ser parceladas em até 48 vezes, por menor que seja o valor a ser financiado ou o tamanho da obra. Para viabilização do financiamento, basta que o cliente comprove sua renda e o comprometimento menor que 30% da renda familiar. Para se obter o financiamento junto ao Programa Doce Lar, não há a necessidade de comprovação da documentação imobiliária e todo o processo é realizado no escritório do Programa Doce Lar. Cada reforma, por menor que seja, é precedida de um projeto elaborado por engenheiro civil sem custo para o cliente. Toda a obra é acompanhada por uma equipe de engenheiros que conferem ás obras a qualidade necessária para garantir a satisfação do cliente. As vantagens em se contratar os kits de reformas do Programa Doce Lar são infinitamente maiores do que a contratação de profissionais avulsos sem formalização. O Programa Doce Lar oferece um pacote completo de soluções focado no resultado mutuo de impacto social. 171 Vale ressaltar que o manual referente ao modelo de negócio do Programa Doce Lar trata-se de um processo de direito autoral com registro legal na entidade competente. Além dos diferenciais competitivos apresentados acima, a primeira fase do programa chamada de Enterprise visa testar o modelo de negócio e preparar o empreendimento para a escalada a ser realizada no momento oportuno. Breve descrição do mercado e do segmento (Porte) Aproximadamente 35% do PIB da construção civil provem do mercado de autogestão, que engloba gastos com novas unidades, ampliação e melhorias, além de reformas para conter a depreciação das moradias. Esse mercado tem grande potencial de expansão, pois o aumento da renda, acompanhado da melhora da distribuição de renda e da maior disponibilidade de crédito, fez com que milhões de famílias passassem a ter acesso a novos produtos e serviços. A pesquisa encomendada pelo Clube da Reforma ao Instituto Data Popular ouviu 3.969 pessoas entre agosto e setembro de 2012 e constatou que, em 2011, aproximadamente 12 milhões de moradias passaram por algum tipo de reparo. Segundo os entrevistados, as reformas foram feitas para resolver problemas (35%), valorizar o imóvel (21%), melhorar a estética (21%) e aperfeiçoar o uso do espaço interno (17%), entre outras motivações. O mercado de reforma tem grande potencial de expansão, pois grande parte das famílias das classes D e E revelam a necessidade de reformas em suas casas. O mercado de reforma brasileiro é bastante promissor, mas faltam ferramentas que facilitem esse processo para o consumidor. A reforma é uma boa opção para diminuir o déficit qualitativo de residências, pois atinge mais pessoas e é mais em conta do que as demais alternativas de habitação. A pesquisa do Instituto Data Popular mostra que, para a maioria das pessoas, economizar é a palavra de ordem em qualquer reforma. Em média, os brasileiros estão dispostos a gastar R$ 4.445,00. Mas tudo depende de quem dá a palavra final, pois os homens têm expectativa de gastar R$ 3.603,00 nas reformas, enquanto as mulheres admitem gastos de R$ 5.250,00. A mulher, de acordo a pesquisa, é quem está disposta a gastar mais, principalmente com artefatos de decoração. Conforme o quadro a baixo, a região sul do Brasil considerada neste estudo como sendo Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul, aponta um déficit habitacional acumulativo de 628.104 unidades sendo 172 que destes, 17,3%, ou 108.662 unidades residenciais carecem de reformas ou melhoria habitacional geral ou com algum grau de engenharia. Quadro. Déficit habitacional total e relativo, por situação de domicílio, segundo região sul do Brasil – 2013 Especificação Déficit Habitacional Total Urbano Rural Total Relativo Paraná 247.093 235.967 11.126 6,6 Santa Catarina 167.008 150.173 16.835 7,3 Rio Grande do Sul 214.003 195.439 18.564 5,4 Sul 628.104 581.579 46.525 19 Fonte: Dados básicos: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílios (PNAD) – 2013. Elaboração: Fundação João Pinheiro (FJP), Centro de Estatística e Informações (CEI). Observa-se conforme o Quadro abaixo, que o déficit habitacional relacionado à precariedade das unidades residenciais na região sul somam 42.747 residências no estado do Paraná, 28.892 residências no estado de Santa Catarina e 37.023 residências no estado do Rio Grande do Sul, ou seja, a problemática da precariedade habitacional fica comprovada através da representação numérica apresentada nos estudos da Fundação João Pinheiro (FJP), Centro de Estatística e Informações (CEI). Pode-se verificar que a precariedade habitacional esta correlacionada à oportunidade de melhorias nas edificações através de reformas, ampliação e/ou melhorias, sendo o primeiro indicativo de uma oportunidade de empreendedorismo voltado ao setor de reformas para esta faixa da população. Quadro. Déficit habitacional versus oportunidade de empreendedorismo. Especificação Déficit X Oportunidade Total (%) precariedade Déficit precariedade (und) Paraná 247.093 17,3 42.747 Santa Catarina 167.008 17,3 28.892 Rio Grande do Sul 214.003 17,3 37.023 Sul 628.104 17,3 108.662 173 Neste levantamento de dados o autor Régis Chrystian considerou um ticket médio de reformas de baixa renda sendo R$ 4.500,00 por reforma realizada para a promoção da melhoria habitacional nas residências que fasem parte do índice de 17,3% do déficit habitacional geral demonstrado anteriormente por região. Se aplicado o valor de R$ 4.500,00 por reforma executada nas residências da região sul, observa-se que o faturamento bruto de tal mercado gerará em torno de R$ 488 milhões desconsiderando a variável temporalidade. Nota-se que empresas do ramo da construção civil aplicam margens de lucro variável em relação ás atividades executadas, contudo para composição do estudo mercadológico o autor considerou uma postura modesta, bem como cautelosa e assumiu a possibilidade de uma margem de lucro de 20% por reforma executada em cada uma das residências apontadas como carentes de melhorias na região sul. Conforme demonstrado no quadro abaixo, atuando com a margem de lucro de 20% sobre o ticket médio de cada reforma, observa-se a lucratividade de aproximadamente R$ 97 milhões desconsiderando a variável temporalidade. Quadro - Déficit habitacional versus oportunidade de lucro referente ao mercado de reformas na região sul Déficit X Oportunidade Déficit R$/ Faturamento Região Sul precarieda Bruto R$ Reforma de (und) 42.747 4.500 192.361.900,50 Paraná 28.892 4.500 130.015.728,00 Santa Catarina 4.500 166.601.335,50 Rio Grande do Sul 37.023 Sul total 108.662 4.500 488.978.964,00 faturamento e Margem de lucro (20%) R$ 38.472.380,10 26.003.145,60 33.320.267,10 97.795.792,80 Público-alvo e principais clientes Aproximadamente 3/4 dos proprietários ou locatários de imóveis usam profissionais conhecidos ou indicados para tocar as obras – 5% deles contratam empresa de construção. Somente 12% dos imóveis são reformados pelo próprio morador, por um vizinho ou pelo sistema de mutirão. A pesquisa do Clube da Reforma mostra que a contratação de mão de obra qualificada é uma das grandes preocupações do brasileiro na 174 hora de decidir reformar a casa: 79% dos entrevistados preferem contratar profissionais conhecidos e com boa referência no círculo social. Nas obras de reforma, apenas 10% das pessoas delegam aos profissionais contratados a compra de materiais. Mas em relação aos materiais básicos (cimento, ferragens, tubos e conexões), quase um terço dos brasileiros deixa a escolha das marcas dos materiais para os profissionais de construção civil ou para os balconistas de lojas especializadas. Isso porque a parte estrutural da reforma é a que mais demanda qualidade e confiabilidade da marca, pois dela depende a durabilidade e segurança da obra. A pesquisa do Instituto Data Popular mostra que, para a maioria das pessoas, economizar é a palavra de ordem em qualquer reforma. Em média, os brasileiros estão dispostos a gastar R$ 4.445,00 em pequenas e médias reformas. O radar do programa de melhoria habitacional Doce Lar esta apontado para as classes C, D e E, pois viabilizou-se um programa que dará a essas pessoas a oportunidade de melhorar suas habitações de forma digna, gastando pouco e com qualidade, ou seja, uma empresa de engenharia fazendo reformas. O grande diferencial do Doce Lar esta na forma com que se aborda o tema, o cunho social onde as grandes empresas de reformas não atuam devido a falta de dinheiro circulante junto a esse público. Contudo para contornar esse problema o Programa Doce Lar firmou parceiros financeiros importantes que viabilizaram a oferta de crédito para todos que conseguem comprovar minimamente uma renda. Desta forma o Programa Doce Lar torna-se uma importante ferramenta de melhoria habitacional no estado de Santa Catarina, pois se alia um conjunto de soluções técnicas e financeiras para que o cliente seja atendido com qualidade e satisfação. Principais concorrentes Os concorrentes diretos do Programa Doce Lar são pequenas construtoras, empreiteiras e principalmente os profissionais autônomos atuantes no mercado de construção e reformas convencionais. Os grandes construtores não se interessam pela prestação de serviço de baixa rentabilidade. As empreiteiras de pequeno e médio porte prestam serviços para construtoras maiores. Esses portanto, não são concorrentes diretos do Programa Doce Lar. Atualmente várias instituições brasileiras atuam no apoio a construção e reforma da casa própria, contudo acredita-se que os 175 principais concorrentes do Programa Doce Lar são os pedreiros autônomos capazes de atravessar a lacuna entre engenharia e clientes e prestar serviço de reforma, porém sem acompanhamento técnico, projeto e, algumas vezes garantia de qualidade. Capital necessário para colocar o negócio em operação Como descrito anteriormente o Programa Doce Lar encontra-se em andamento. Após 45 dias do lançamento na cidade de Navegantes em Santa Catarina, já se observa a contratação de 8 (oito) kits de reformas Doce Lar resultando no faturamento de R$ 36.000,00. O Programa Doce Lar encontra-se na primeira fase chamada de Enterprise. Esta etapa objetiva o autoconhecimento do modelo de negócio, bem como o aprendizado dos erros e acertos inevitáveis na concepção de um novo modelo de entrega e captura de valor. Para esta fase os proponentes pretendem angariar R$ 100.000,00 em recursos de investimentos a fundo perdido afim de estruturar os processos que compõem o Programa Doce Lar. Na fase Enterprise o Programa Doce Lar já disponibiliza crédito de até R$ 25.000,00 aos seus clientes através de parcerias firmadas com cooperativas de crédito do estado de Santa Catarina. A segunda fase do Programa Doce Lar chamada de Columbia pretende viabilizar uma nova opção de parcelamento dos custos das reformas através da parceria com empresas financeiras brasileiras e/ou internacionais para a promoção do cartão “DOCE LAR CRED”. Este cartão disponibilizará de forma facilitada o crédito pré aprovado de R$ 4.500,00 para o cliente que comprovar renda e inexistência de restrições financeiras em seu nome. Exemplo do “DOCE LAR CRED”. 176 O cartão será feito rapidamente em guichês do Programa Doce Lar instalados em lojas de supermercados, feiras, eventos habitacionais, instituições educacionais entre outros. O grande diferencial do Doce Lar Cred se trata da exclusividade do serviço na qual só poderá ser usado nas máquinas e/ou sistema dos escritórios do Programa Doce Lar que viabilizará a reforma contemplando todos os benefícios do programa e potencializando a satisfação do cliente. A concepção do cartão Doce Lar Cred será um passo importante e fará a preparação do empreendimento para o start da terceira fase do plano de negócio do Programa Doce Lar. O investimento necessário para a construção do sistema de crédito Doce Lar Cred será de R$ 1.000.000,00 inserido no projeto através de capital externo de parceiros financeiros. A etapa Columbia visa ainda implementar o “Doce Lar 50%” o subsídio financeiro para os clientes com renda familiar de até 1 e ½ salário mínimo. Estas famílias terão direito a pagar apenas 50% do valor do Kit de reforma e parcelar o os outros 50% em até 48 vezes ou através do Doce Lar Cred em 15 vezes. Estima-se que a terceira fase do Programa Doce Lar chamada de Challenger exigirá cerca de R$ 100.000,00 para implantação de escritórios Doce Lar em pontos estratégicos do estado de Santa Catarina com o objetivo de replicar o modelo de negócio no formato de licenças operacionais. A quarta fase do Programa Doce Lar chamada de Discovery prevê a compra de matéria prima e suprimentos diretamente de fabrica e o repasse para a os escritórios licenciados por valores bem menores do que o praticado no mercado pelas lojas convencionais, dando início ao Centro de Distribuição de materiais “Constru Doce Lar”, exclusivo para distribuição de materiais de construção para os escritórios próprios e licenciados do programa. 177 Exemplo de Centro de Distribuição do Programa Doce Lar. A quinta fase do Programa Doce Lar chamada de Atlantis prevê o início do canal de venda por franquias na região sul do Brasil compreendida como Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul. Para servir este canal de distribuição estima-se a necessidade de R$ 200.000,00. O canal de franquias do Programa Doce Lar terá um grande aliado facilitador de conversão de vendas para os franquiados, trata-se do cartão Doce Lar Cred. Este cartão de créditos voltado para a promoção de pequenas reformas habitacional disponibilizará o valor de R$ 4.500,00 de forma pré aprovada para os clientes que comprovarem renda e a não negativação do nome. O cartão Doce Lar Cred terá uma bandeira financeira, porém só poderá ser utilizado na rede de franquais do programa Doce Lar e contará com todos os benefícios do sistema apresentado acima. Com essa ferramenta de crédito exclusiva, os clientes terão acesso a crédito, planejamento, materiais de construção e mão de obra, tudo em um mesmo escritório o que viabilizará a procura pelos serviços Doce Lar e a expansão da venda das franquias. Já os franquiados terão um grande diferencial competitivo, pois a rede Doce Lar fornecerá o modelo de negócio, as ferramentas de trabalho, os materiais de construção e o crédito aos clientes, fechando um ciclo inovador e sem precedentes no Brasil. 178 A sexta fase do Programa Doce Lar chamada de Endeavour prevê o avanço da franquia Doce Lar para todo o território nacional, tornandose a maior rede de franquias para reformas com foco na população de baixa renda do país. Esta fase prevê o investimento de aproximadamente R$ 1.000.000,00 por meio de capital interno e/ou externo. A sétima fase do Programa Doce Lar chamada de Apolo 11 prevê a entrada do modelo de negócio nos países da America Latina e America Central, entre estes se destaca a Colômbia e o Panamá. Para esta etapa não há quantificação de investimento necessário no momento atual do plano de negócio. Mais do que recursos financeiros o Programa Doce Lar necessita de mentoria e o maior número possível de conexões entre personagens importantes que possam ajudar a primeira fase do Programa Doce Lar a encontrar os melhores caminhos para se tornar um negócio rentável e sustentável. Estratégia comercial e de mercado O Programa Doce Lar encontra-se na fase Enterprise, primeira etapa do negócio em andamento. Para esta etapa a estratégia comercial se baseia na divulgação e fortalecimento da marca Doce Lar na visão de seus clientes como uma empresa que não vende apenas pacotes de reformas e sim uma empresa que realiza sonhos! Essa é a proposta de valor do Programa Doce Lar. Para tal desenvolveu-se uma página no site comercial da PROJETO-A ENGENHARIA que pode ser acessado em www.projetoa.com. Já a página do Programa Doce Lar pode ser acessada através do endereço http://www.projeto-a.com/#!programa-doce-lar/c7ms. Além do site na internet, o Programa Doce Lar lança duas publicações patrocinadas por semana do Face Book conforme pode ser observada abaixo. 179 Uma vez por mês o Programa Doce Lar sai às ruas com a campanha de panfletagem com o objetivo de divulgar os produtos em pontos estratégicos da cidade de Navegantes e Itajaí conforme observado abaixo. Outra forma de divulgação e estratégia comercial, trata-se da divulgação do Programa Doce Lar em lojas parceiras do projeto tais como Supermercados e lojas de materiais de construção conforme observado abaixo. 180 Uma vez por mês o Programa Doce Lar apresenta-se nas associações e câmaras de dirigentes lojistas e empresários das cidades de atuação do programa conforme observado abaixo. As próximas etapas do Programa Doce Lar prevêem outros canais de comunicação a fim de atingir o público alvo de forma maciça e coordenada com a etapa do projeto. 181 Perspectivas de crescimento Conforme mencionado anteriormente o estoque brasileiro de moradias é de 61 milhões de unidades e tem aumentando progressivamente ao longo dos anos. Mas as residências construídas precisam de manutenções periódicas. Sem reformas, as casas se deterioram. Para manter esses imóveis em condições adequadas, os brasileiros precisariam investir cerca de R$ 32 bilhões em reformas por ano. Nos próximos 12 meses, 16,8 milhões de residências do Brasil passarão por algum tipo de reforma. Essas são algumas das conclusões de dois estudos encomendados pelo Clube da Reforma à LCA Consultoria e ao Instituto Data Popular. O setor de reforma tem importante papel na busca pela redução do déficit habitacional brasileiro – até 2024, o Brasil precisa construir cerca de 23,4 milhões de novas moradias para atender a essa demanda, segundo estudos da Fundação Getúlio Vargas para o Construbusiness. Os autores trabalham no plano de negócio deste projeto há dois anos e devido as circunstancias atuais do Brasil, o projeto foi lançado com o intuito de validar as hipóteses necessárias no prazo de 12 meses. A primeira etapa do Programa Doce Lar chama-se Enterprise e pretende vender 100 kits de reformas residenciais, impactar cerca de 400 pessoas e faturar R$ 450.000,00. Depois de finalizada a primeira etapa, o projeto entrará na segunda fase intitulada de Columbia prevista para operar num prazo de 12 meses com o objetivo de viabilizar uma nova opção de parcelamento dos custos das reformas através da parceria com empresas financeiras brasileiras e/ou internacionais para a promoção do cartão “DOCE LAR CRED. Esta etapa visa ainda o implemento do subsídio “Doce Lar 50%” para viabilizar a melhoria habitacional de centenas de famílias brasileiras através de um grande programa privado chamado Doce Lar. Estima-se que a fase Columbia contribuirá com a conversão da venda de 300 kits de reformas tocando cerca de 900 pessoas e faturando cerca de R$ 1.350.000,00 A terceira fase do Programa Doce Lar chamada de Challenger, prevista para operar num prazo de 12 meses com o objetivo de escalar e replicar o modelo de negócio através de mais dois escritórios licenciados no estado de Santa Catarina. Estima-se que a abertura de dois novos pontos de atendimento resultará na conversão da venda de 200 kits de reformas, impactando cerca de 800 pessoas e faturando aproximadamente R$ 900.000,00 182 A quarta fase do Programa Doce Lar chamada de Discovery prevê a compra de matéria prima e suprimentos diretamente de fabrica e o repasse para a os escritórios licenciados por valores bem menores do que o praticado no mercado pelas lojas convencionais dando início ao Centro de Distribuição de materiais “Constru Doce Lar”. Esta etapa potencializará o poder de aquisição de produtos do Programa Doce Lar, bem como a margem de lucro dos escritórios próprios e licenciados e potencializando o poder de compra dos clientes Doce Lar possibilitando que mais pessoas possam se beneficiar com os preços baixos que o Programa Doce Lar disponibilizará a seus clientes. Esta fase prevê o alcance de aproximadamente 1.000 pessoas direta e indiretamente, faturamento de R$ 1.000.000,00 e a venda de aproximadamente 225 kits de reformas. A quinta fase do Programa Doce Lar chamada de Atlantis prevê o início do canal de venda por franquias na região sul do Brasil compreendida como Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul. Estimase a conquista de aproximadamente 10 novas unidades franqueadas do Programa Doce Lar e a conversão de aproximadamente 1.000 kits de reformas no prazo de 12 meses melhorando a vida de 4 mil pessoas e faturando cerca de R$ 4.500.000,00. A sexta fase do Programa Doce Lar chamada de Endeavour prevê o avanço da franquia Doce Lar para todo o território nacional, tornandose a maior rede de franquias para reformas com foco na população de baixa renda com potencial para impactar cerca de 64 milhões de pessoas e faturar R$ 32 bilhões. A sétima fase do Programa Doce Lar chamada de Apolo 11 prevê a entrada do modelo de negócio nos países da America Latina e America Central, entre estes se destacam a Colômbia e o Panamá. Para esta etapa não há quantificação de investimento e faturamento previsto. 183 Destinação do capital esperado A fase Enterprise prevê o investimento de R$ 100.000,00 para consolidação do modelo de negócio. Este valor será destinado conforme mostra na tabela. ÁREA DE ATUAÇÃO INVESTIMENTO (R$) Elaboração do software de gerenciamento do R$ 25.000,00 programa Doce Lar Contratação de uma empresa de consultoria R$ 20.000,00 para formatação dos manuais que compõem o modelo de franquias Registro do Programa Doce Lar como R$ 10.000,00 Franqueador Instalação de um escritório licenciado na R$ 20.000,00 cidade de Blumenau/SC Instalação de outdores e placas na cidade de R$ 10.000,00 Navegantes/SC e Blumenau/SC Formação de fluxo de caixa e capital de giro R$ 15.000,00 184 Histórico profissional Régis Chrystian da Silva tem 32 anos, se formou em nível técnico em segurança do trabalho e meio ambiente no ano de 2006. Em 2010 se formou auditor líder de sistemas de gestão ambiental com registro internacional por meio da certificadora Bureau Veritas. Em 2013 se formou em nível superior como engenheiro ambiental, neste mesmo ano se formou no curso de extensão universitária em empreendedorismo e inovação pela universidade de Babson College, localizada em Massachusetts Boston/EUA. Atualmente o autor é estudante do curso de pós-graduação em engenharia de segurança do trabalho por uma faculdade particular de Curitiba/PR e formando no curso de engenharia civil por uma faculdade particular de Timbó/SC. Vencedor de importantes premiações nacionais e internacionais como o Prêmio de subsidio e fomento a pesquisa e inovação da FAPESC conquistado em 2011. Prêmio Sinapse da Inovação fomentado pela FAPESC em 2012. Prêmio nacional Santander de empreendedorismo conquistado em 2012. Prêmio Iberoamericano de Empreendedorismo e Inovação das Américas em 2013, Prêmio Jovens inspiradores em 2015, entre outros. Atualmente o autor dedica-se a unir o empreendedorismo social e inovação para criar oportunidades de melhoria habitacional para população de baixa renda no estado de Santa Catarina, utilizando como ferramenta a engenharia civil e ambiental por meio do escritório de engenharia chamado PROJETO-A ENGENHARIA e programa “DOCE LAR”. Wilian de Jesus, 23 anos, é formado em engenharia civil com foco em processos de qualidade. Responsável pelo gerenciamento das obras do Programa Doce Lar. Tiago A. Dallarosa, 25 anos é formado em engenharia civil com foco em engenharia de suprimentos. Responsável pela área de planejamento e compras do Programa Doce Lar. 185 Capítulo 23 Mini-escavadeiras, mini-carregadeiras “Reservado os direitos autorias Lei nº 9.610 de fevereiro de 1998” Luis Felipe Coelho INTRODUÇÃO O projeto consiste na fabricação e fornecimento de equipamentos diferenciados utilizados nos setores de construção civil, agrícola e mineração. Visando facilitar o trabalho nessas áreas, os equipamentos propostos possuem as seguintes vantagens: diminuir custo de produção; agilidade na produção; produção de baixo custo; produto de fácil manutenção; equipamento ajustável para várias situações. Um exemplo é uma máquina inovadora no Brasil, mas que já é utilizada em alguns países, para realização de pequenos serviços, ajudando principalmente pequenas empresas: mini escavadeiras para utilização em construções civis, na agricultura e mineração. Ela será de tamanho reduzido, com a intenção de ser de baixo custo, para realização de obras de pequeno porte. Possuirá capacidade de erguer 100 kg de material e força de escavação de 400 kg. A escavadeira terá várias partes articuladas, tendo também engate para carro, para fácil locomoção do equipamento. É um equipamento projetado para baixa manutenção e com uma boa qualidade de fabricação, utilizando perfis de aço para redução do número de soldas. Descrição dos principais produtos e serviços Será fabricado mini escavadeiras para utilização em construções civis, na agricultura e mineração. Será de tamanho reduzido, com a intenção de ser de baixo custo, para realização de obras de pequeno porte. Possuirá capacidade de erguer 100 kg de material e força de escavação de 400 kg. A escavadeira terá várias partes articuladas, tendo também engate para carro, para fácil locomoção do equipamento. É um equipamento projetado para baixa manutenção e com uma boa qualidade de fabricação, utilizando perfis de aço para redução do número de soldas. 186 Vantagens Competitivas/ Diferenciais/Inovações O Projeto já foi aprovado no Parque Tecnológico de Pato Branco, onde terra acesso a espaço barracão, alguns equipamentos e consultorias com um custo acessível. O produto é uma máquina inovadora no brasil, que já é utilizada em alguns países, para realização de pequenos serviços, ajudando principalmente pequenas empresas. 187 Breve descrição do mercado e do segmento A cadeia da construção civil dispõe de diversos elos que perpassam outros setores da indústria, resultando em um importante efeito de encadeamento. Como a setor de construção civil e agricultura sempre estão em crescimento, investir na fabricação de maquinas que auxilie na produção, facilita a entrada da empresa nesse setor, conquistando espaço com os grandes concorrentes. A busca por produtividade na construção civil tem levado a um investimento cada vez maior em máquinas e equipamentos, a utilização de máquinas para movimentação de cargas (gruas e guindastes, por exemplo) se intensificou, assim, em grandes movimentações de terra, a presença de máquinas é bastante elevada. Público-alvo e principais clientes O público-alvo seria pessoas Jurídicas, que atuam no ramo da construção civil, agricultura e mineração, oferecem serviços que necessitam de maquinário para sua realização, esses tipos de empresas possuem números variados de funcionários; são empresas que possuem uma boa capacidade de pagamento. O segmento de clientes são: Empresas de locação de equipamentos para construção civil; Construtoras; Empresas de terraplenagem; Empresas de Paisagismo e Jardinagem; Produtores Rurais; Empresa de Demolição; Prefeituras; Instaladoras de piscina. Principais concorrentes Bob Cat, Caterpillar, Komatsu, Volvo, Hitachi, Liebherr e JCB. Capital necessário para colocar o negócio em operação Além do investimento para compra dos equipamentos, vai ser necessário de investimento para compra da matéria prima (dando em torno de R$ 60 mil), no capital de giro (R$ 80 mil), totalizando um investimento inicial de R$ 280 mil. 188 Estratégia comercial e de mercado Será utilizado como estratégia promocionais: Internet – site da empresa; Catálogos – distribuição para revendedores de equipamentos similares; Descontos de acordo com os volumes comprados; Participação em feiras e eventos. Como canal de distribuição ou como os produtos chegarão aos clientes, será utilizado vendedores internos, externos e de acordo com sites de revenda de equipamentos e maquinários. O meio mais adequado para alcançar os clientes será através de catálogos, onde o cliente poderá comprar apenas um equipamento ou vários. Os compradores possuem Hábito de comprar pessoalmente, de ver o produto, logo, é preciso ter um equipamento para amostra. 189 Perspectivas de crescimento Com as crise econômica e política que se encontra o Brasil, ocorreu a queda nas vendas em todos os setores, como as empresas se encontram com pouco dinheiro para investir em maquinários grandes, assim oferecendo produtos de baixo custo facilita a sua venda. A empresa pretende vender para o mercado nacional e em seguida expandir os negócios para o exterior. Destinação do capital esperado A capacidade máxima de produção e comercialização inicialmente será de 1 a 3 maquinas mensalmente, faturando entre R$20 mil a R$ 60 mil. Com o crescimento da empresa será desenvolvido outros produtos ajudando a expandir a empresa para outros setores. Todo o investimento realizado será gasto na estruturação da empresa, comprando maquinários e matéria prima para produção dos equipamentos, já o faturamento da empresa se reinvestido na empresa e no pagamento dos funcionários. Histórico profissional Graduação em Engenharia Mecânica na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Cursando Pós-Graduação em Engenharia de Segurança do Trabalho. Estágio curricular realizado na empresa Aramart Indústria de Aramados localizada em Pato Branco/PR, totalizando 400 horas, atuando no setor de engenharia de processos. Elaboração de projeto para criação de uma empresa no ramo de fabricação de equipamentos de construção civil, com a intenção de incubar no ITECPB, atuando na administração e gestão empresarial e no desenvolvimento do projeto estrutural dos equipamentos e projetos hidráulicos. Inspeção de segurança de caldeiras e vasos de pressão conforme a norma regulamentadora NR-13, inspeção inicial, periódica e extraordinária. Enquadramento das instalações de empresas seguindo a NR-13. 190 Capítulo 24 Novo processo/produto de captura de CO2 da atmosfera com óxido de grafeno em suspensão aquosa “Reservado os direitos autorias Lei nº 9.610 de fevereiro de 1998” Francislei Santa Anna Santos Raildo Fiuza Edmilson Puridade Júnior INTRODUÇÃO A alta concentração de CO2 na atmosfera terrestre constitui um problema de ordem ambiental que preocupa populações, indústrias e governos no Brasil e no Mundo. O projeto apresenta um novo método de captura de CO2 da atmosfera com uso de nanopartículas de oxido de grafeno ativo em suspensão aquosa constituindo o meio adsorvente do CO2 da atmosfera que entra em contato o nano composto ativo. A tecnologia proposta pode ser aplicada na “Lavagem do Ar”, que nada mais é que o sequestro de carbono nas escalas industrial e de menor porte, como em ambientes fechados que requeiram mecanismos de purificação do ar. A proposta fornece soluções ambientais para empresas que precisam produzir além da capacidade permitida pelos índices de emissão de carbono. Alugamos volumes de óxido de grafeno em solução aquosa para captura de CO2 e recolhemos a solução concentrada com carbono adsorvido e redirecionamos para industrias de tintas, borrachas, eletrônicos e outras. A médio prazo tal solução poderá ser utilizada no mercado de créditos de carbono e a longo prazo a solução concentrada com carbono absorvido serve para conversão de CO2 em outras moléculas orgânicas. Também participaram do projeto o químico Raildo Fiuza e o Engenheiro Ambiental e Sanitário Edmilson Puridade Júnior. 191 Breve apresentação e histórico do projeto A alta concentração de CO2 na atmosfera terrestre constitui um problema de ordem em ambiental que preocupa populações, indústrias e governos no Brasil e no Mundo. Este projeto apresenta um novo método de captura de CO2 da atmosfera com uso de nanopartículas de oxido de grafeno ativo em suspensão aquosa constituindo o meio adsorvente do CO2 da atmosfera que entra em contato o nano composto ativo. A tecnologia proposta pode ser aplicada na “Lavagem do Ar”, sequestro de carbono nas escalas industrial e de menor porte; como em ambientes fechados que requeiram mecanismos de purificação do ar. O gás capturado na superfície livre sofre efeito fotocatalítico e libera O2 em um processo de purificação do ar atmosférico. A viabilidade técnica do novo método é garantida pela obtenção do óxido de grafeno em suspensão aquosa através de um novo processo desenvolvido com tecnologia nacional cuja patente (BR 102 016 012 475 1) é do autor desse projeto. O protótipo da ideia foi testado demonstrando ser um potencial inovador de solução ambiental na captura, sequestro armazenamento e transporte do carbono presente na atmosfera poluída. 192 Descrição dos principais produtos e serviços 1- Curto Prazo: Fornece soluções ambientais para empresas que precisam produzir além da capacidade permitida pelos índices de emissão de carbono. Alugamos volumes de óxido de grafeno em solução aquosa para captura de CO2 e recolhemos a solução concentrada com carbono adsorvido e redirecionamos para industrias de tintas, borrachas, eletrônicos e outras. 2- Médio Prazo: Atuação no mercado de créditos de carbono. 3- Longo Prazo: A solução concentrada com carbono adsorvido serve para conversão de CO2 em outras moléculas orgânicas. 193 Vantagens Competitivas/ Diferenciais/Inovações -Processo com baixíssimo impacto ambiental (Consciência Ecológica). -Usamos nanotecnologia para obtenção das partículas de OG em suspensão aquosa que atua como carvão ativado. -Processo limpo de obtenção das partículas com respeito ao meio ambiente e ao ser humano em todas as etapas de produção. -Purificamos o ar e promovemos a limpeza do meio ambiente. -Favorecemos a qualidade de vida da população através da purificação do ar. -Desenvolvemos novas rotas de conversão de compostos orgânicos a partir da conversão do CO2 capturado. -Dominamos a nova tecnologia de nanopartículas de carbono (ex: óxido de grafeno) a temperatura ambiente. - Temos o pedido de patente do processo (BR 10 2016012475 1). -Usamos resíduos orgânicos industriais para obtenção das nanopartículas. -Novo Processo de captura de carbono desenvolvido com tecnologia Brasileira. 194 -A localização estratégica do empreendimento mostra o potencial logístico. Está próximo a BR101 que corta o país de Norte a Sul e próximo também a rodovias que dão acesso ao interior do país de Leste a Oeste. Está localizado próximo do Porto marítimo de Aratu, fica a 120 Km do Aeroporto Internacional de Salvador, possui malhas ferroviárias que cortam a cidade, está próximo ao Polo Petroquímico de Camaçari e próximo dos fornecedores de matéria-prima para produção do OG em suspensão aquosa. -Podendo se expandido para outros estados da federação que gerem resíduos orgânicos, a exemplo do processo de produção de etanol que serve para obtenção da nano partícula quando reaproveitado. Mapeamos oito (8) estados com este perfil; indicando rotas de expansão das unidades de produção em um cenário otimista de aceitação do produto no país e no exterior. 195 Breve descrição do mercado e do segmento O mercado de captura de carbono é dominado por grandes empresas que usam tecnologias caras de captura e compressão do gás e posteriormente injetam nas camadas do subsolo para aumento da pressão interna dos poços como exemplo da tecnologia mais difundida. A proposta desse novo método é inovadora pelo uso de nanopartículas de carvão ativado (OG) em suspensão aquosa permitindo o sequestro e o transporte do carbono capturado, através de um processo limpo e de baixo custo. A tecnologia tem potencial de atender ao Brasil e o mercado externo com solução ambiental de baixo custo e de fácil instalação. 196 Público-alvo e principais clientes O público alvo do negócio proposto são todas as indústrias que emitem CO2 na atmosfera e consumidores de menor porte que buscam tecnologias de purificação do ar em ambientes confinados. O fluido ativo atua como uma árvore artificial na purificação do ar. Principais concorrentes Não temos concorrentes identificados até o momento. Nosso processo é novo a tecnologia é patenteada. Capital necessário para colocar o negócio em operação Estimado em 2,5 milhões de reais na fase inicial. (Plano de Investimento está em fase de elaboração) Estratégia comercial e de mercado A estratégia comercial do negócio consiste em alugar volumes de oxido de grafeno em suspensão aquosa para as indústrias e posteriormente, recolher esse fluído com alto teor de carbono capturado da atmosfera; gerando receita com a venda da borra recolhida que é redirecionada para empresas que usam o carbono como insumo nas indústrias de borracha, tintas, fotovoltaicas, eletrônicos e outras. Outra estratégia comercial seria construir Fazendas de Captura de CO2 e comercializar o Crédito-Verde no Mercado de Carbono. O marketing desse negócio encontra apoio da questão ambiental que cresce a cada dia como avaliação de comércio e mercado no Brasil e em outros países. Perspectivas de crescimento A perspectiva de crescimento do negócio é estimada em função do crescimento e difusão da tecnologia entre as empresas emissoras de CO2 que busquem cumprir as normas ambientais no Brasil e no Mundo. Considerando que os índices de emissão das indústrias são cada vez mais crescentes a médio e longo prazo e que o Protocolo de Kyoto faz-se cada dia mais atuante; inferimos que as perspectivas de crescimento do negócio são otimistas nos cenários nacional e internacional. Destinação do capital esperado Precisamos fazer a melhoria e desenvolvimento técnico do projeto, através da contratação de serviços de consultoria, serviços laboratoriais de química analítica (quantitativa e qualitativa), caracterização completa do nano composto, compra de máquinas e 197 equipamentos, alocação de espaços colaborativos, material de consumo, teste de conceito, prototipagem, aquisição de propriedades e outros. Temos um protótipo em funcionamento como mostram as imagens a seguir e mostrouse eficiente na captura do carbono quando em contato com a superfície livre que é ativada pela luz. Equipe envolvida Raildo Fiuza (CRQ: BA 07100718) - Bacharel em Química (2010), Mestre em Química (2012) e Doutor em Química (Enfase em Química Inorgânica e Físico -Química - 2016) pelo Instituto de Química da Universidade Federal da Bahia, UFBA. Premiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado da Bahia – (FAPESB) no concurso ideias inovadoras como finalista da categoria Mestrando (2010), premiadas como inventor UFBA na categoria inventor nacional na 2º (2011) e 3° (2012) edição. Inventor de duas patentes depositadas no Brasil. Vice coordenador de projetos de desenvolvimento de produto inovador junto a FAPESB, CNPQ e FINEP, foi sócio da empresa encubada (GlyKem) na incubadora de empresas INOVApoli da UFBA. Tem diversas publicações abordando: plásticos biodegradáveis; células a combustível do tipo PEMFC; fertilizantes de liberação controlada; prospecção tecnológica; purificação e aproveitamento de glicerol e uso de catalisador residual 198 como pozolana em materiais cimentícios. Atualmente empenha esforços no desenvolvimento de novos materiais para a adsorção/captura de CO2 oriundo de gases de pós-combustão. Edmilson Puridade Jr. (CREA: BA 93535) - Engenheiro Ambiental e Sanitarista pela Universidade Salvador. Pós Graduando em Engenharia de Saneamento Básico Ambiental. Ex-Bolsista de Iniciação Científica Fapesb no grupo de Pesquisa em Regulação e Desenvolvimento Sustentável (G-RDS) da UFBA, através de Convênio com o Banco Mundial, com o tema: Avaliação da Sustentabilidade Econômica, Ambiental e Social da Inserção do Biodiesel no Território do Sisal. Atuou no Comitê de Sustentabilidade do SEBRAE/BA, realizando atividades ligadas a Gestão Ambiental coorporativa e empresarial. Atuou como Fiscal de Meio Ambiente, na Secretaria de Meio Ambiente e Agricultura do Município de Candeias realizando atividades de Fiscalização e Avaliação de Impactos Ambientais. Membro do Conselho Gestor da APA Litoral Norte. Atualmente é Engenheiro Sanitarista e Ambiental da Secretaria de Planejamento e Meio Ambiente da Prefeitura de Mata de São João. 199 Curriculum dos Organizadores José Tadeu da Silva: Engenheiro Civil, Advogado, Técnico em Transações Imobiliárias e Técnico em Contabilidade. Formou-se em engenharia pela Pontifícia Universidade Católica – PUC de Campinas/SP, em 1976. Pela Fundação Otávio Bastos, concluiu o bacharelado em Direito em 1992. Empresário atua na área de consultoria, perícia, avaliações e engenharia. Foi professor de resistência dos materiais e estabilidade das construções na Fundação Educacional Guaçuana, perito judicial na comarca de Mogi Guaçu e membro titular do IBAPE (Instituto Brasileiro de Avaliações e Perícias de Engenharia). Foi responsável pela fundação da Associação dos Engenheiros e Arquitetos de Mogi Guaçu (1982), da Sociedade de Engenharia, Arquitetura e Agronomia de Mogi Mirim (1990) e da Sociedade de Engenharia, Arquitetura e Agronomia de Itapira (1990). Em 2011, foi eleito para o exercício da presidência do Confea até os dias atuais (2012-2014 e 2015-2017). Já presidiu a Federação das Associações de Engenharia, Arquitetura e Agronomia do Estado de São Paulo – FAEASP, (2000/2009), o Crea-SP (2006/2008 e 2009/2011) e atualmente preside a Federação Brasileira de Associações de Engenheiros – FEBRAE (2010/2012, 2012/2015, 2016-2018). É membro da Federação Mundial das Organizações de Engenharia (FMOI/WFEO), e Presidente da UPADI União Panamericana das Associações de Engenheiros, biênio 2015-2017. Paulo Roberto de Queiroz Guimarães: Engenheiro Civil, formado em 1982 pela Faculdade de Ciências Tecnológicas da PUC Campinas. Especialista em Administração pela PUC-SP (1993). Especialista em Administração Universitária pela Organização Universitária Interamericana OUI, através do Convênio com o Conselho de Reitores das Universidades Brasileiras e a Universidade Federal de Santa Catarina (1989). Pós Graduado no Programa de Mestrado em Educação, na área de Avaliação Institucional pela PUC Campinas (1999). Professor Adjunto do Centro de Ciências Exatas, Ambientais e Tecnológicas da PUC Campinas. Foi Diretor da Faculdade de Ciências Tecnológicas (1996-1999); ViceDiretor da Faculdade de Ciências Tecnológicas (1992-1995); Assessor da Reitoria da PUC Campinas (1989-1991); Assessor da Secretaria de Obras da Prefeitura Municipal de Campinas (1993). Foi Chefe da Seção Técnica de Obras da Secretaria Municipal de Abastecimento da Prefeitura Municipal de São Paulo (19887/1988); Presidente da Câmara Curricular da PUC Campinas (1985-1987); Coordenador do Escritório Técnico de 200 Apoio à Comunidade – ETAC da PUC Campinas (1983-1986). Foi Membro da primeira Comissão do Exame Nacional de Cursos do MEC (PROVÃO), para os cursos de Engenharia Civil (1996/1997). Foi Conselheiro do CreaSP, representando a PUC-Campinas (1989 a 1996) e Coordenador do Fórum das Instituições de Ensino do Crea-SP (1995/1996). Foi Conselheiro Federal – CONFEA, em 1996 e reeleito em 1999, representando as Instituições de Ensino do Grupo de Engenharia, e Diretor do CONFEA durante este ano de 2002. Foi um dos criadores e primeiro Coordenador da Comissão de Educação do Sistema – CES –CONFEA/CREA, tendo sido Coordenador durante os anos de 1999 e 2000. Foi diretor de Benefícios da Mútua Caixa de Assistência dos Profissionais do Crea (gestões 2003/2006 e 2006/2009). Atualmente é Presidente da Mútua (2015/2018). Paulo Roberto Megna Francisco: Pesquisador DCR CNPq/Fapesq. Doutor em Engenharia Agrícola – Irrigação e Drenagem pela UFCG. Mestre em Manejo de Solo e Água pelo CCA/UFPB. Graduado pela UNESP como Tecnólogo Agrícola com especialização em Mecanização. Graduando em Engenharia Agrícola pela UFCG. Participa de Projetos de Pesquisa e Extensão juntamente com a EMBRAPA-Algodão, UFPB-Campus João Pessoa, UFCG-Campus Sumé, IFPB-Campus Campina Grande e Campus Picuí. Ministrou as disciplinas de Mecanização Agrícola, Máquinas e Motores Agrozootécnicos e Máquinas e Motores Agrícolas no CCA/UFPB. Atualmente presta consultoria para o INCRA/PB na realização de PDA’s. Consultor Ad hoc do CONFEA como organizador do Congresso Técnico Científico da Engenharia e Agronomia – CONTECC. 201