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Dissertações |
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Maiara dos Santos Silva
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PRECIPITAÇÃO DE ASFALTENOS EM SISTEMAS CONTENDO PETRÓLEO COM ELEVADO TEOR DE CO2 E CH4:ESTUDO EXPERIMENTAL, MODELAGEM E SIMULAÇÃO
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Orientador : SILVIO ALEXANDRE BEISL VIEIRA DE MELO
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MEMBROS DA BANCA :
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CLAUDIO DARIVA
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Pedro de Alcântara Pessoa Filho
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SILVIO ALEXANDRE BEISL VIEIRA DE MELO
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Data: 02/02/2023
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A injeção de gás é bastante utilizada na recuperação avançada de petróleo (EOR - Enhanced Oil Recovery) porque aumenta a eficiência de deslocamento e o fator de recuperação do óleo. O pré-sal brasileiro possui reservas de petróleo rico em CO2, que não pode ser liberado para a atmosfera por razões ambientais, e a reinjeção desse gás tem sido a prática adotada. Porém, a injeção de gás nos reservatórios pode desestabilizar os asfaltenos do óleo e desencadear uma série de prejuízos durante o processo de produção, transporte e processamento. Para entender, prever e evitar a precipitação de asfaltenos é crucial descrever adequadamente o comportamento das fases do sistema. Nesse contexto, o comportamento de fases do óleo do pré-sal ainda é um desafio. Estudos experimentais são escassos sobretudo para misturas complexas de óleo, gás natural, CO2 e CH4 a alta pressão. Dessa forma, este trabalho tem como objetivo a investigação experimental da estabilidade dos asfaltenos em uma amostra de óleo do pré-sal. O estudo experimental compreendeu a determinação do início da precipitação de asfaltenos por depleção ou por adição do gás de injeção (CO2/CH4 50% molar) na temperatura do reservatório. Determinou-se também a quantidade de asfaltenos precipitada no óleo recombinado e suas misturas com o gás de injeção a 61,1 °C sob diferentes pressões. Os dados experimentais serviram de base para a modelagem e simulação do comportamento de fases do óleo, avaliando-se as curvas de precipitação de asfaltenos e o efeito da injeção de gás. Os modelos sólido-líquido e líquido-líquido foram utilizados para relacionar as composições das correntes de injeção, com as curvas de precipitação de asfaltenos. Os resultados mostraram que, em condições ambientais, o óleo morto é instável, precipitando asfaltenos com a adição de 0,3 mL de n-C7/g de óleo morto. O início da precipitação para o óleo recombinado confirmou essa instabilidade por depleção em 61,1°C e 57,8 MPa e em 76,1°C e 57,0 MPa. A injeção de apenas 2,42% molar do gás de injeção foi suficiente para precipitar asfaltenos em condições de reservatório. Com três dias de crescimento dos agregados de asfaltenos, a quantidade de massa precipitada estava estabilizada. A massa de nC7-asfaltenos quase dobrou com a adição de 7,11% em mol do gás de injeção. Os diagramas de fases apresentaram maior instabilidade de asfaltenos com maior concentração de CH4 no gás de injeção. Por fim, os modelos sólido-líquido e líquido-líquido apresentaram descrição semelhante dos dados experimentais, mesmo que a base teórica do segundo seja mais complexa do que a do primeiro modelo.
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Gas injection is widely used for Enhanced Oil Recovery (EOR) to increase displacement efficiency, improving the oil recovery factor. The Brazilian pre-salt has oil reserves rich in CO2 that cannot be released into the atmosphere for environmental reasons. So, the reinjection of CO2 has been the current practice adopted. However, gas injection into EOR reservoirs can destabilize asphaltenes in the oil and trigger a series of losses during production, transportation, and processing. To understand, predict and avoid asphaltene precipitation, it is crucial to describe the system phase's behavior adequately. In this context, the pre-salt oil phase behavior is still a challenge. Experimental studies are scarce, especially for complex oil, natural gas, CO2, and CH4 mixtures at high pressure. Thus, this work aimed to experimentally investigate the stability of asphaltenes in a pre-salt oil sample. The experimental study determined the asphaltene onset precipitation by depletion and by adding CO2/CH4 injection gas (50% molar) at the reservoir temperature. The amount of asphaltenes precipitated for the recombined oil and its mixtures with the injection gas at 61.1 °C under different pressures was also determined. The experimental data served as a basis for modeling and simulating the oil phase behavior by evaluating asphaltenes precipitation curves and the effect of gas injection. The solid-liquid and liquid-liquid models were used to relate the compositions of the injection streams with the asphaltenes precipitation curves. The results showed that, under ambient conditions, dead oil is unstable, precipitating asphaltenes with the addition of 0.3 mL of n-C7/g of dead oil. The onset of precipitation for the recombined oil confirmed this depletion instability at 61.1°C and 57.8 MPa and 76.1°C and 57.0 MPa. The injection of only 2.42 mol% of gas was enough to precipitate asphaltenes under reservoir conditions. With three days of growth of the asphaltenes aggregates, the amount of precipitated mass was stabilized. The mass of nC7-asphaltenes almost doubled by adding 7.11% in mol of the injection gas. The phase diagrams showed greater instability of asphaltenes with a higher concentration of CH4 in the injection gas. Finally, the solid-liquid and liquid-liquid models presented a similar description of the experimental data, even if the theoretical basis of the second one is more complex than the first one.
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VINICIOS CABRAL BEDESCHI
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Simulação com modelo baseado em Agentes para polimerização não enzimática de Nucleotı́deos em Protocélulas.
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Orientador : ROSANA LOPES LIMA FIALHO
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MEMBROS DA BANCA :
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JOSE GARCIA VIVAS MIRANDA
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José Carlos Costa da Silva Pinto
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ROSANA LOPES LIMA FIALHO
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VITOR PASSOS RIOS
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Data: 18/02/2023
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A Origem da Vida é uma das questões fundamentais da Humanidade, amplamente discutida ao longo da História. Já tendo sido abordada em Mitos, nas Artes e na Filosofia, hoje é intensamente estudada pela ciência moderna, no ramo interdisciplinar de estudos da Origem da Vida. A hipótese atualmente aceita é a do aumento gradual de complexidade de pequenas moléculas da Terra primitiva, que interagindo entre si, tornam-se estruturas maiores e funcionais. Tais macromoléculas, ou blocos construtores da vida (como Nucleotídeos e Aminoácidos), interagem entre si para o surgimento de algum tipo de estrutura pré-celular, ou Protocélula. Tal Protocélula ainda não é um sistema vivo, mas apresenta um metabolismo rudimentar e hereditariedade, com seus processos funcionando por meios químicos e termodinâmicos. O aumento de complexidade de tais Protocélulas daria origem às primeiras células vivas. No entanto, há ainda muitas dúvidas não esclarecidas. Por exemplo, exatamente como moléculas simples e presentes na Terra primitiva teriam formado os chamados blocos construtores da vida, como Nucleotídeos, Lipídios e Aminoácidos. Uma vez formados, não se sabe como estes teriam se polimerizado em cadeias de Nucleotídeos (polímeros genéticos) ou Aminoácidos (proteínas). Ou como estes polímeros genéticos, após formados, iriam se autorreplicar (função hereditária). Como surge uma Protocélula, ou como esta origina uma célula viva, são mais alguns dentre os diversos temas de investigação da pesquisa atual. O presente trabalho apresenta um modelo computacional para o estudo de um destes temas: a polimerização não enzimática de Nucleotídeos. Realizando a validação do modelo, por meio de dados experimentais de polimerização de Nucleotídeos, realizados em laboratório. Com os resultados simulados prevendo, com razoável precisão, as funções distribuições de dados experimentais de polimerização de Nucleotı́deos.
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The Origin of Life is one of the most fundamental questions of Humanity, widely discussed throughout History. Have already been treated in Myths, Arts and Philosophy, today it is intensely studied by modern science, in the interdisciplinary area of Origin of Life. The currently hypothesis claims that a gradual increase in complexity of small molecules from the primitive Earth occurred, and gave origin to larger and functional structures. Such macromolecules, or building blocks of life (such as Nucleotides and Amino Acids), interact with each other to form some type of precellular structure, or Protocell. Such Protocell, although not a living system, has some rudimentary metabolism and hereditary functions, working through chemical and thermodynamic means. The increase in complexity of such protocells would give rise to the first living cells. However, there are still many unanswered questions. For instance, how simple molecules, present on the primitive Earth, gave rise to the building blocks of life, such as Nucleotides, Lipids and Amino Acids? And how this building blocks polymerized into chains of Nucleotides (genetic polymers) or Amino acids (proteins)? Or how these genetic polymers, once formed, would self-replicate?Finally, how a Protocell arises, or how it originates a living cell, are just a few more questions in the current research. The present work presents a computational model for the study of one of these problems: the non-enzymatic polymerization of Nucleotides. Validation of the model was possible using independent experimental data on Nucleotide polymerization. With the simulated results predicting, with reasonable accuracy, the distribution function of the experimental data from polymerization of Nucleotides.
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CARLOS JEFFERSON DE MELO SANTOS
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Modelo de gestão aplicado ao processo de recrutamento no projeto da profilaxia pré-exposição ao HIV
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Orientador : ANGELO MARCIO OLIVEIRA SANT ANNA
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MEMBROS DA BANCA :
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ANGELO MARCIO OLIVEIRA SANT ANNA
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AVA SANTANA BARBOSA
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THAIS REGIS ARANHA ROSSI
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MARIA INES COSTA DOURADO
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Data: 20/03/2023
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A avaliação das estratégias de operações em serviços tem aumentado a eficiência de atividades ou processos do terceiro setor. A utilização de métodos avaliativos em gestão de operações na área de saúde se mostra incipiente. Entender as possíveis aplicabilidades das práticas que envolvem o planejamento, execução e monitoramento de ações dentro de uma organização são formas de introduzir o ambiente competitivo em serviços de atenção básica, saúde de populações específicas, ou em pesquisas com foco nas populações mais vulneráveis. O processo metodológico de desenvolver um escopo de melhoria contínua dentro da avaliação das estratégias de operações parte dos princípios básicos do gerenciamento da rotina e das diretrizes. Este trabalho propõe um novo modelo de avaliação de desempenho para estratégias de recrutamento de potenciais participantes para profilaxia do vírus HIV, através das ferramentas de gestão de operações, gestão da qualidade e análise de sensibilidade em modelos probabilísticos, denominado SMIA (study, monitoring, improvement and analysis). Foram realizados três estudos com esta premissa, utilizando dados de uma pesquisa de campo sobre profilaxia pré exposição ao HIV para recrutamento e prospecção de potenciais participantes (jovens gays, mulheres trans e travestis com idade entre 15 e 19 anos): entender as estratégias de operações no campo (diagnóstico de campo), retrato desses processos em forma de indicadores de desempenho e aprimoramento através de ferramentas da qualidade. Os resultados apresentados relatam desdobram as especificidades metodológicas das estratégias de recrutamento, o perfil do recrutamento no campo, com direcionamento das possíveis melhorias que deveriam ser feitas novas prospecções de participantes na pesquisa. Estes resultados indicam o potencial dessas estratégias no aprimoramento dos processos de captação de novos participantes. O modelo proposto SMIA validado parcialmente pode ser replicado em diversos serviços de saúde, em outras pesquisas e processos diversos, conforme especificidades e objetivos que sejam almejados pela organização.
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The evaluation of service operations strategies has increased the efficiency of third sector activities or processes. The use of evaluative methods in the management of operations in the health area is incipient. Understanding the possible applicability of practices that involve the planning, execution and monitoring of actions within an organization are ways of introducing a competitive environment in primary care services, health of specific populations, or in research focused on the most vulnerable populations. The methodological process of developing a scope for continuous improvement within the evaluation of operations strategies starts from the basic principles of routine management and guidelines. This work proposes a new performance evaluation model for recruitment strategies of potential participants for HIV prophylaxis, through operations management tools, quality management and sensitivity analysis in probabilistic models, called SMIA (study, monitoring, improvement and analysis). Three studies were carried out with this premise, using data from a field survey on pre-exposure prophylaxis to HIV for recruiting and prospecting potential participants (young gay men, trans women and transvestites aged between 15 and 19 years): understanding the operations strategies in the field (field diagnosis), portrait of these processes in the form of performance indicators and improvement through quality tools. The presented results report unfold the methodological specificities of the recruitment strategies, the profile of the recruitment in the field, with direction of the possible improvements that should be made new prospects of participants in the research. These results indicate the potential of these strategies to improve processes for attracting new participants. The proposed partially validated SMIA model can be replicated in different health services, in other research and in different processes, according to the specificities and objectives that are pursued by the organization.
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Ana Paula Alves Amorim
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Otimização do Projeto e Operação de Microrredes no Brasil: Um Quadro de Tomada de Decisão para Sistemas de Energia Distribuída Residencial.
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Orientador : KAREN VALVERDE PONTES VATER
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MEMBROS DA BANCA :
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KAREN VALVERDE PONTES VATER
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MARCIO ANDRE FERNANDES MARTINS
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Bogdan Dorneanu
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Harvey Arellano-Garcia
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Data: 19/04/2023
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Os Sistemas de Energia Distribuída, também conhecidos como microrredes, provenientes de fontes de energia renovável foram concebidos como uma forma de reduzir a emissão de gases poluentes na atmosfera e se tornaram um grande incentivo para autoprodutores de energia. Embora o Brasil tenha uma grande disponibilidade de recursos naturais, o que cria um forte potencial para a aplicação de microrredes baseadas em fontes renováveis de energia, como solar, eólica e biomassa, ainda é pouco explorado em relação a outros países. Este estudo tem como objetivo preencher as lacunas na literatura atual sobre o projeto de microrredes, abordando o impacto das demandas de energia no dimensionamento de uma microrrede e o clima na eficiência dos recursos renováveis. O estudo é pioneiro na aplicação de biogás a todas as demandas de energia residencial em uma microrrede e oferece uma nova abordagem para analisar os efeitos de variáveis de entrada variáveis ao longo do tempo em uma microrrede conectada à rede central. Portanto, o estudo propõe um quadro de tomada de decisão para o projeto e operação de sistemas de energia distribuída residencial no Brasil, com base em modelos de programação não linear inteira mista (MINLP: mixed-integer nonlinear programming) que levam em conta as particularidades do país, como a disponibilidade de vários recursos renováveis e o impacto da COVID-19 na demanda por energia. Os modelos otimizam o custo do projeto e operação de uma microrrede com tubulações integradas e consideram a eficiência variável de diferentes tecnologias ao longo do tempo, bem como diferentes opções de políticas de incentivo renovável. Além disso, propõe um método sistemático baseado em agrupamento para dividir o horizonte temporal do modelo, permitindo uma representação mais precisa da dinâmica das variáveis de entrada do problema de otimização, como a demanda de energia, a velocidade do vento e a irradiância solar ao longo do tempo. O quadro é testado em um estudo de caso de uma microrrede residencial de 5 e 10 casas em Salvador, Brasil, comparando cenários pré e pós-COVID-19. Os resultados mostram que o uso de recursos de energia distribuída tem se mostrado economicamente e ambientalmente vantajoso em comparação com o uso apenas de recursos não renováveis. O estudo também demonstra a viabilidade econômica do uso de biogás e das novas tendências energéticas emergentes durante a pandemia, e como isso impacta o dimensionamento de microrredes. Ao não considerar a eficiência dependente do tempo na análise, pode ter havido um impacto positivo no ganho econômico de cerca de 90% em relação ao cenário base, mas também pode ter contribuído para a subestimação da geração de energia. Além disso, embora o método empírico tenha mostrado uma maior redução nos custos ambientais (60%), o método de clusterização teve uma maior redução (80%) nos custos totais. Isso destaca a relevância das abordagens inovadoras utilizadas no problema de otimização para projetar uma microrrede
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Distributed Energy Systems (DES), also known as microgrids, from renewable energy sources were conceived as a way to reduce the emission of polluting gases into the atmosphere and have become a major incentive for self-producers of energy. Although Brazil has a large availability of natural resources, which creates a strong potential for the application of microgrids based on renewable energy sources such as solar, wind, and biomass, it is still little explored in relation to other countries. This study aims to bridge the gaps in the current literature regarding microgrid design by addressing the impact of energy demands in the sizing of a microgrid and climate on renewable resource efficiency. The study pioneers the application of biogas to all residential energy demands in a microgrid and offers a new approach to analyzing the effects of varying input variables over time in an on-grid microgrid. Therefore the study proposes a decision-making framework for designing and operating residential DES in Brazil, based on mixed-integer nonlinear programming (MINLP) models that take into account the particularities of the country, such as the availability of various renewable resources and the impact of COVID-19 on energy demand. The models optimize the cost of designing and operating a microgrid with integrated pipelines and consider the varying efficiency of different technologies over time, as well as different options for renewable incentive policies. Additionally, it proposes a systematic, cluster-based method to split the time horizon of the model, allowing for a more accurate representation of the dynamics of the input variables of the optimization problem such as energy demand, wind speed, and solar irradiation over time. The framework is tested on a case study of a residential DES of 5 and 10 houses in Salvador, Brazil, comparing pre- and post-COVID-19 scenarios. The results show that the use of distributed energy resources has turned out to be economically and environmentally advantageous compared to using only non-renewable resources. The study also demonstrates the economic viability of using biogas and the new energy trends emerging during the pandemic, and how this impacts the sizing of microgrids. By not considering time-dependent efficiency in the analysis, there may have been a positive impact on the economic gain of around 90% in relation to the baseline scenario, but it may also have contributed to the underestimation of power generation. Also, although the empirical method showed a greater reduction in environmental costs (60%), the clustering method had a greater reduction (80%) in total costs. This highlights the relevance of the innovative approaches utilized in the optimization problem for designing a microgrid.
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Natan Santos Cruz
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SIMULAÇÃO E OTIMIZAÇÃO DO FATOR DE RECUPERAÇÃO DE ÓLEO VIA INJEÇÃO DE FLUIDOS EM RESERVATÓRIOS DE PETRÓLEO: EFEITOS DA PRECIPITAÇÃO E DEPOSIÇÃO DE ASFALTENOS.
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Orientador : SILVIO ALEXANDRE BEISL VIEIRA DE MELO
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MEMBROS DA BANCA :
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FERNANDO LUIZ PELLEGRINI PESSOA
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MARCIO ANDRE FERNANDES MARTINS
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SILVIO ALEXANDRE BEISL VIEIRA DE MELO
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Data: 20/04/2023
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Os métodos de injeção de fluidos, desenvolvidos para recuperação avançada de petróleo, têm o propósito de reduzir a tensão interfacial a partir da mistura destes fluidos com o petróleo. Os fluidos injetados podem ser o gás associado, o CO2, a água, entre outros. A injeção de gases para recuperação avançada de petróleo pode causar a precipitação dos asfaltenos, que podem se depositar na superfície da rocha ocasionando mudanças nas propriedades do reservatório, como redução de permeabilidade e porosidade, e, como consequência, perdas na produção de óleo. Neste trabalho, foram estudados os mecanismos pelos quais os asfaltenos precipitam na fase óleo e posteriormente se depositam na superfície das rochas, associados ao impacto destes fenômenos nas propriedades físicas do petróleo, da rocha e no fator de recuperação de óleo. Foram avaliados, os métodos de recuperação avançada por injeção de gás associado, CO2 e CO2 alternado com água (CO2WAG). Para isto, foi utilizado o simulador comercial da CMG. Na modelagem da precipitação, considerou-se o modelo sólido-líquido e na modelagem da deposição foram utilizados modelos que consideram a adsorção em camada simples e o aprisionamento mecânico das partículas de asfaltenos. No caso da injeção de gás associado, os resultados mostraram que o fator de recuperação de petróleo aumenta quando a vazão ou a pressão de injeção aumentam, sendo que a mudança de pressão de injeção tem um maior impacto no fator de recuperação final. Não foi observado, para este caso, o efeito da deposição de asfaltenos no fator de recuperação de petróleo. Há um ponto a partir da qual um aumento adicional de vazão não aumenta significativamente o fator de recuperação. No caso da injeção de CO2 foi realizada uma otimização das condições de injeção, para maximizar o fator de recuperação. As variáveis de decisão utilizadas foram: a pressão de injeção, a vazão de injeção e a composição do gás de injetado. Com esta otimização obteve-se um aumento adicional de 28% no fator de recuperação, em relação a um caso base de simulação. Este aumento no fator de recuperação nas simulações corresponderia a um aumento de produção adicional de 6,7% caso a injeção de CO2 ocorresse no reservatório aqui estudado. Observou-se também que a condição ótima de injeção, para o reservatório considerado neste estudo, se mostrou viável economicamente, tendo um ganho de aproximadamente US$ 6,83 milhões/ ano. No processo de injeção de CO2WAG, os resultados revelaram que a precipitação dos asfaltenos no poço injetor foram minimizadas para ciclos de menor duração, reduzindo a sua deposição. Os melhores resultados foram alcançados para a produção em razões WAG 1:1. A deposição dos asfaltenos teve impacto negativo de cerca de 2 % no fator de recuperação de petróleo. Estes resultados contribuem para orientar ações de prevenção de danos causados pela precipitação e deposição dos asfaltenos, aumentando a eficiência da produção do campo.
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Core flooding methods developed for enhanced oil recovery (EOR) aim to reduce the interfacial tension of these fluids and oil mixtures. The injected fluids can be the associated gas, CO2, water, etc. Gas injection for EOR methods can cause the precipitation and deposition of asphaltenes, causing changes in the reservoir properties, such as the reduction of permeability and porosity, and, consequently, losses in oil production. The present work investigates the mechanisms by which asphaltenes precipitate in the oil phase and subsequently deposit on the rock surface, including the impact of these phenomena on the oil and rock properties and on the oil recovery factor. Three EOR methods were evaluated using the CMG's commercial simulator: injection of associated gas, CO2 injection, and water alternating CO2 injection. In the precipitation modeling, the solid-liquid approach was adopted; in the deposition modeling, models considering single-layer adsorption and mechanical entrapment of asphalt particles were used. In the case of associated gas injection, the results showed that the oil recovery factor increases with the flow rate or injection pressure, and changes in the injection pressure have a greater impact on the final recovery factor. In this case, the influence of asphaltene deposition on the oil recovery factor was not observed. There is a point from which a further flow increase does not significantly increase the recovery factor. In the case of CO2 injection, the injection conditions were optimized, to maximize the recovery factor. Decision variable were injection pressure, injection flow rate and the composition of the injection gas. With this optimization, the recovery factor increased 28% concerning a simulation base case. This recovery factor increase would correspond to an additional production increase of 6.7% if the same conditions were adopted in the reservoir. It was also observed that the optimal injection condition for this reservoir proved to be economically viable, with a gain of approximately US$6.83 million/year. In the CO2WAG injection process, the results showed that the asphaltene precipitation in the injection well was minimized for cycles of shorter duration, reducing their deposition. The best results were obtained for production with WAG 1:1 ratios. Asphaltenes deposition negatively impacted around 2.0% of the oil recovery factor. These results drive decisions to prevent damage caused by precipitation and deposition of asphaltenes, increasing the efficiency of field production.
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MÁRCIA ANDRÉA ROSAS LUNA
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Geração distribuída: uma análise da sua evolução no Brasil e sua aplicação em um estudo de caso em um lar para idosos.
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Orientador : EDNILDO ANDRADE TORRES
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MEMBROS DA BANCA :
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EDNILDO ANDRADE TORRES
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FABIANO FRAGOSO COSTA
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FELIPE ANDRADE TORRES
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WILSON NEGRÃO MACÊDO
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Data: 28/04/2023
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A geração de energia elétrica em todo o mundo ainda é baseada em grandes usinas localizadas longe dos centros consumidores. Entretanto, um novo modelo de geração distribuída (GD) está surgindo em vários países, onde o consumidor produz sua própria energia (prosumidor) próxima ao ponto de consumo, permitindo, assim, uma maior autonomia e flexibilidade aos usuários do setor elétrico brasileiro (SEB). Dentre as opções energéticas para GD, destaca-se a energia solar fotovoltaica (FV), que possibilita uma geração sem emissão de CO2 e descentralizada. O Brasil está localizado na zona intertropical do planeta, registrando altos índices de irradiação solar durante todo o ano, em comparação a países que fazem uso dessa tecnologia, o que o torna um lugar propício para seu uso. A geração distribuída solar FV (GDFV) ganhou notoriedade no Brasil e vem se expandindo significativamente desde 2012, mas também tem ocasionado divergências de interesses entre consumidores e distribuidoras de energia. Nesse contexto, este trabalho visou compreender a realidade da GD no Brasil e realizar um estudo de caso sobre a implantação de um sistema de GDFV conectado à rede elétrica. Os métodos adotados foram: um amplo estudo bibliográfico; contextualização e análises das informações sobre GD brasileira e sobre o marco regulatório; especificações e ações para implantação do projeto GDFV, abrangendo desde suas análises de consumo energético e de viabilidade técnico-econômica, até o comissionamento e acompanhamento de seus dois primeiros anos de operação. Os resultados obtidos foram: (i) a implantação efetiva e a operação do sistema de GDFV (instalação da ordem de 20,1 kWp para microgeração) em um Lar para Idosos, em 2019, sendo esse sistema enquadrado sob o regime de compensação de energia elétrica (net metering). Para esse caso, a viabilidade econômico-financeira apresentou um payback simples de quatro anos, payback descontado de quatro anos; uma economia média gerada na conta de energia elétrica ao longo de um ano no valor de R$ 2.074,80 por mês; (ii) O estabelecimento de um conjunto de passos recomendáveis para a realização adequada e qualificada de um projeto completo para a implantação de um sistema de GDFV. De forma geral, as principais conclusões obtidas foram: (i) o ambiente brasileiro atual é bastante favorável à expansão da GDFV, o que é evidenciado pelo crescimento do mercado de GD nos últimos anos; (ii) há divergências de interesses entre as distribuidoras de energia e os consumidores/prosumidores e as empresas e associações da GD; (iii) havia seis cenários propostos pela ANEEL para GD, onde em cinco deles os benefícios dos prosumidores serão reduzidos; (iv) houve a aprovação da Lei Nº 14.300/2022 (marco regulatório) que resolveu definitivamente as divergências entre consumidores/prosumidores e as distribuidoras; (v) o sistema de GDFV do Lar para Idosos da Fundação Lar Harmonia (FLH) está funcionando satisfatoriamente, conforme planejado.
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The power generation around the world is still based on large power plants located far from consumer centers. However, a new model of distributed generation (DG) is emerging in several countries, where the consumer produces his own energy (prosumer) close to the point of consumption, thus allowing greater autonomy and flexibility to users of the Brazilian electricity sector. Among the energy options for DG, solar photovoltaic (PV) stands out, this allows for a decentralized and CO2-free generation. Brazil is located in the intertropical zone, registering high levels of solar irradiation throughout the year, compared to countries that use this technology, which makes it a favorable place for its use. Solar PV distributed generation (PVDG) has gained notoriety in Brazil and has been expanding significantly since 2012, but it has also caused divergences of interests between consumers and energy distributors. In this context, this research aimed to understand the reality of DG in Brazil and to carry out a complete case study on the implementation of a PVDG system connected to the power grid. The methods adopted were: a large bibliographic study; contextualization and analysis of information from the Brazilian DG and the regulatory framework; preparation of previous studies, specifications and actions for the implementation of the PVDG project, ranging from its energy consumption and technical-economic feasibility analysis to its commissioning and monitoring of two first years of operation. The results obtained were: (i) the effective implantation and operation of the PVDG system (installation of the order of 20 kWp for microgeneration) in a nursing home in 2019, where the system was framed under the electric energy compensation regime (net metering), where its economic and financial viability presents: a simple 4-year payback, a 4-year discounted payback; an average monthly savings generated in the electricity bill over a year of R$ 2,074.80; (ii) The establishment of a set of recommended steps for the adequate and qualified realization of a complete project for the implementation of a PVDG system. The conclusions obtained were: (i) the current Brazilian environment is very favorable to the expansion of PVDG, which is evidenced by the growth of the DG market in recent years; (ii) there were divergences of interests between energy distributors and consumers; (iii) there were six scenarios proposed by ANEEL for DG, where in five of them, the benefits of prosumers will be reduced (iv) In 2022, Law No. 14300/2022 (regulatory framework) was approved, which definitively resolved the differences between consumers/prosumers and distributors; (v) the PVDG system is working satisfactorily as planned and its process.
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ADRIANO PUGLIA LIMA
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TECNOLOGIA SOCIAL PARA RECICLAGEM DE PLÁSTICO.
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Orientador : ROSANA LOPES LIMA FIALHO
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MEMBROS DA BANCA :
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JOYCE BATISTA AZEVEDO
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PAULO ALBERTO PAES GOMES
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ROSANA LOPES LIMA FIALHO
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Silvia Helena Prado Bettini
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Data: 15/06/2023
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A poluição causada pelo consumo excessivo e pelo descarte inapropriado de plástico é um problema que ameaça a vida na terra. A indústria da reciclagem, da forma como está organizada atualmente, não consegue mitigar o problema: produção e descarte têm aumentado paulatinamente. Este trabalho apresenta uma tecnologia social para reciclagem local de plástico, simples, de baixo custo e eficaz. Foram projetados e construídos 11 equipamentos que permitem a produção de placas e barras maciças a partir de polipropileno pós consumo triturado. Centenas de peças foram produzidas, em diversos formatos, cores e tamanhos. Finalizada a fase de desenvolvimento e a realização de testes em laboratório, os equipamentos foram levados para aplicação em campo, no Povoado de Pedra Furada, em Sergipe, onde foi instalada a primeira Oficina de Transformação, espaço no qual o plástico descartado é transformado em objetos de valor por pessoas sem formação técnica. Diversos objetos produzidos na Oficina de Transformação já foram comercializados, mostrando um potencial de mercado para este tipo de produto. Acreditamos que, escalando esta tecnologia, será possível contribuir para a reduzir os impactos causados pelo descarte inapropriado de plástico e, mais importante, gerar trabalho decente e renda para pessoas sem formação técnica, que normalmente estão à margem do mercado de trabalho.
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The pollution caused by excessive consumption and improper disposal of plastic is a problem that threatens life on Earth. The recycling industry, as currently organized, fails to mitigate the problem: production and disposal have been steadily increasing. This work presents a social technology for local plastic recycling that is simple, low-cost, and effective. Eleven pieces of equipment were designed and constructed to enable the production of boards and solid bars from shredded post-consumer polypropylene. Hundreds of pieces were produced in various shapes, colors, and sizes. After the development phase and laboratory testing, the equipment was taken for field application in the village of Pedra Furada, Sergipe, where the first Transformation Workshop was installed. In this space, discarded plastic is transformed into valuable objects by people without technical training. Several objects produced in the Transformation Workshop have already been sold, demonstrating a market potential for this type of product. We believe that by scaling up this technology, it will be possible to contribute to reducing the impacts caused by improper plastic disposal and, more importantly, generate decent work and income for people without technical training who are typically marginalized from the job market.
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ANDERSON NASCIMENTO PRUDENTE
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MODELAGEM, ESTIMAÇÃO DE PARÂMETROS E INCERTEZAS NA SÍNTESE DE PROPIL PROPIONATO EM UM REATOR CROMATOGRÁFICO DE LEITO FIXO.
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Orientador : KAREN VALVERDE PONTES VATER
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MEMBROS DA BANCA :
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IDELFONSO BESSA DOS REIS NOGUEIRA
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KAREN VALVERDE PONTES VATER
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MAURICIO BEZERRA DE SOUZA JUNIOR
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Marco Paulo Seabra dos Reis
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Data: 01/09/2023
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Esta dissertação aborda a modelagem e estimação de parâmetros, incluindo incertezas e regiões de confiança, para o processo de síntese do Propil Propionato (Pro-Pro). O estudo emprega um modelo rigoroso que considera a natureza heterogênea do sistema investigado, envolvendo um reator cromatográfico de leito fixo com o catalisador sólido AmberlystTM 46. A abordagem de estimação de parâmetros combina a Otimização por Enxame de Partículas (PSO) e o Método Gradiente (MG) de ponto interior para estimar tanto os parâmetros termodinâmicos quanto cinéticos em duas etapas distintas. Inicialmente, a estimação dos parâmetros termodinâmicos ocorreu utilizando dados de equilíbrio da literatura. Na segunda etapa, para a estimação dos parâmetros cinéticos com o modelo heterogêneo, foram empregados dados experimentais do autor. As incertezas dos dados experimentais foram avaliadas e calculadas para uso na estimação dos parâmetros cinéticos. Através do PSO, os parâmetros foram estimados e suas regiões de confiança determinadas, proporcionando uma compreensão abrangente de suas incertezas. As incertezas dos parâmetros termodinâmicos e cinéticos são avaliadas e propagadas até as atividades do modelo termodinâmico e nas constantes de Arrhenius e taxa reacional do modelo cinético heterogêneo. Os resultados demonstram uma boa concordância entre as previsões do modelo com os parâmetros estimados neste trabalho e os dados experimentais, refletindo adequadamente a variabilidade estatística das observações experimentais com uma incerteza expandida de 95%. Além disso, o modelo heterogêneo de Langmuir-Hinshelwood apresenta uma representação aprimorada dos dados experimentais, tanto no estado transiente quanto nos estado estacionário, em comparação com o modelo Pseudo-Homogêneo utilizado na literatura. O Desvio Médio Quadrático (RMSD) para a estimação de parâmetros mostra uma melhora significativa em relação aos valores encontrados usando os parâmetros disponíveis na literatura.
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This dissertation addresses the modeling and parameter estimation, including uncertainties and confidence regions, for the Propyl Propionate (ProPro) synthesis process. The study employs a rigorous model that considers the heterogeneous nature of the investigated system, involving a fixed-bed chromatographic reactor with the solid catalyst AmberlystTM 46. The parameter estimation approach combines Particle Swarm Optimization (PSO) and a Gradient Method (GM) to estimate both thermodynamic and kinetic parameters in two distinct steps. Initially, the estimation of thermodynamic parameters occurred using literature equilibrium data. In the second step, for the estimation of kinetic parameters with the heterogeneous model, author’s experimental data were employed. Uncertainties of the experimental data were evaluated and calculated for use in the estimation of kinetic parameters. Through PSO, parameters were estimated and their confidence regions determined, providing a comprehensive understanding of their uncertainties. The uncertainties of thermodynamic and kinetic parameters are evaluated and propagated to the activities in the thermodynamic model and to the Arrhenius constants and reaction rate of the heterogeneous kinetic model. The results demonstrate good agreement between the model predictions with the parameters estimated in this work and the experimental data, adequately reflecting the statistical variability of the experimental observations with an expanded uncertainty of 95%. Moreover, the heterogeneous Langmuir-Hinshelwood model presents an improved representation of the experimental data, both in transient and steady states, compared to the Pseudo Homogeneous model used in the literature. The Root Mean Square Deviation (RMSD) for parameter estimation shows a significant improvement compared to the values found using parameters available in the literature.
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JADE SPINOLA AVILA
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PROCESSO INTEGRADO PARA PRODUÇÃO DE H2 OFFSHORE VIA REFORMA A VAPOR DE METANO COM CAPTURA DE CO2.
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Orientador : JULIO AUGUSTO MENDES DA SILVA
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MEMBROS DA BANCA :
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ALEX ALISSON BANDEIRA SANTOS
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FERNANDO LUIZ PELLEGRINI PESSOA
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JOSÉ JOAQUIM CONCEIÇÃO SOARES
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JULIO AUGUSTO MENDES DA SILVA
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Data: 09/10/2023
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A produção do hidrogênio proveniente da reforma do metano a vapor com captura de carbono, H2 azul, é considerada uma rota de transição para a produção exclusiva do H2 verde. O H2 azul pode ser fornecido em grande escala a partir da melhoria das tecnologias existentes, adoção de novas tecnologias ou pela integração dos processos envolvidos. A produção do H2 offshore apresenta vantagens em relação a disponibilidade de gás natural e água, além da possibilidade de capturar e injetar CO2 em campos de petróleo. O objetivo deste trabalho é avaliar e comparar a produção de H2 offshore do ponto de vista energético e de emissão de CO2 pela reforma a vapor do metano com captura de carbono por absorção química e pela separação supersônica. Um modelo para o sistema integrado envolvendo os processos de produção de H2, dessalinização da água do mar, captura de carbono e compressão de CO2 foi desenvolvido usando os softwares Aspen Plus® e Hysys®. Os resultados foram verificados usando dados da literatura. A partir dos balanços de massa e energia, foi possível quantificar as demandas térmicas e elétricas dos processos e uma planta de utilidades simplificada foi utilizada para produção das correntes demandadas. O processo integrado da conversão do gás natural em H2 usando absorção química para captura de carbono, dessalinização da água do mar e compressão de CO2, apresentou uma eficiência de 49%, consideravelmente menor que a eficiência obtida pelo sistema integrado utilizando a separação supersônica (69%). Ao considerar o fator de emissão de CO2 de todo o sistema integrado de produção de H2, foi obtido 8,13 kgCO2/kgH2 com absorção química e 4,56 kgCO2/kgH2 utilizando a separação supersônica. A emissão de CO2 em base energética a partir do uso direto de gás natural (56,10 kgCO2/MJGN) é menor que a emissão de CO2 pelo H2 gerado no sistema integrado de produção de H2 offshore via SMR com captura de carbono por absorção química (67,71 kgCO2/MJH2) e maior que a emissão de CO2 pelo sistema integrado com a separação supersônica (37,97 kgCO2/MJH2). Foi observado que o consumo específico de energia do sistema integrado com o processo de absorção química é 50% superior ao da separação supersônica, uma vez que a absorção química é alimentada por uma grande carga de energia térmica. Em termos de consumo de gás natural no sistema integrado, utilizando a separação supersônica foi requerido 50% menos combustível que adotando a absorção química. Portanto, as análises desenvolvidas indicaram que a tecnologia de separação supersônica apresenta um menor consumo de energia, redução das emissões de CO2, além de apresentar vantagens associadas à sua modularidade e menor espaço requerido, favorecendo a sua instalação em plataformas offshore.
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The hydrogen production from steam methane reforming with carbon capture, blue H2, is considered a transition route to the exclusive green H2 production. Blue H2 can be supplied on a large scale by improving existing technologies, adopting new technologies, or integrating the processes involved. Offshore H2 production has advantages in relation the availability of natural gas and water, and the possibility of capturing and injecting CO2 into mature oil production wells. The objective of this work is to evaluate and compare the offshore H2 production from an energy and CO2 emission point of view by steam methane reforming with carbon capture by chemical absorption and by supersonic separation. A model for the integrated system involving the processes of H2 production, seawater desalination, carbon capture and CO2 compression was developed and simulated using Aspen Plus® and Hysys® software. The results were verified using data from the literature. From the mass and energy balances, was possible to quantify the thermal and electrical demands of the processes and a simplified utility plant was used to produce the demanded streams. The integrated process of converting natural gas into H2 using chemical absorption for carbon capture, seawater desalinization and CO2 compression presented an efficiency of 49%, considerably lower than the efficiency obtained by the integrated system using supersonic separation (69%). Considering the CO2 emission factor of the whole integrated H2 production system, 8.13 kgCO2/kgH2 was obtained with chemical absorption and 4.56 kgCO2/kgH2 using supersonic separation. The CO2 emission from the direct use of methane (56.10 kgCO2/MJGN) is lower than the CO2 emission from the H2 generated in the integrated offshore H2 production system via SMR with carbon capture by chemical absorption (67.71 kgCO2/MJH2) and higher than the CO2 emission from the integrated system with supersonic separation (37.97 kgCO2/MJH2). Was observed that the specific energy consumption of the chemical absorption process is 50% higher than that of supersonic separation, because chemical absorption is supplied by a large thermal energy feed. In terms of natural gas consumption in the integrated system, using supersonic separation required 50% less fuel than adopting chemical absorption. Therefore, the developed analyses indicated that the supersonic separation technology presents lower energy consumption, reduced CO2 emissions, besides presenting advantages associated with its modularity and better use of space, favoring its installation on offshore platforms.
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MARIA APARECIDA OLIVA SOUZA
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VALORAÇÃO DE ESPÉCIES ARBÓREAS EM AGROECOSSISTEMA CACAU CABRUCA.
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Orientador : ROBSON DA SILVA MAGALHAES
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MEMBROS DA BANCA :
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Dan Erico Vieira Petit Lobão
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Gerson dos Santos Lisboa
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ROBSON DA SILVA MAGALHAES
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Data: 29/11/2023
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A região cacaueira da Bahia a mais de 250 anos vem se aprimorando no Agroecossistema Cacau Cabruca (ACC), trazendo consigo uma forte expressão cultural e influência no desenvolvimento econômico regional. Considerando a relevância da cabruca para região e sua importância para manutenção dos remanescentes florestais da Mata Atlântica, propõe-se como objetivo geral: Apresentar um processo para valoração de espécies arbóreas existentes no ACC e comparar com outros métodos para valoração de espécies arbóreas, visando contribuir para o debate acerca da conservação dos remanescentes da Mata Atlântica. Almeja-se destacar a importância de se estabelecer um método justo de precificação das terras para a construção de um lastro para futuras novas formas de crédito rural. O estudo também pretende discutir a contribuição de métodos de cultivo para a conservação de remanescentes da Mata Atlântica, apresentando as principais espécies arbóreas contidas na região, além de mostrar a sustentabilidade econômica do sistema cabruca de cacau, por meio da conservação produtiva em estabelecimentos rurais, principalmente da agricultura familiar. A metodologia utilizada foi: pesquisa bibliográfica; levantamento de dados da cacauicultura na microrregião cacaueira da Bahia; levantamento das principais espécies arbóreas encontradas no agroecossistema cacau cabruca; métodos de inventário florestal; e métodos para a valoração de espécies arbóreas no agroecossistema cacau cabruca identificados e sistematizados. Além da contribuição no aspecto ambiental e social, com esse estudo pretende-se apontar para uma perspectiva de maior interesse pela manutenção das áreas de cabruca vislumbrando futuramente a utilização do patrimônio arbóreo numa perspectiva para aumento do lastro econômico dos pequenos estabelecimentos rurais, abrindo as perspectivas para muito além do sombreamento do cacaueiro. Dos 03 (três) métodos para cálculo do Valor da Espécie Arbórea (VEA) analisados, o Valoração de Espécies Arbóreas para Uso Geral (VEAUG) pode ser considerado um dos mais adequados para a região cacaueira no sul da Bahia. Essa observação se dá pelo seu carácter conservacionista e melhor adaptado aos objetivos estudados.
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The cocoa region of Bahia for over 250 years has been improving in the Cocoa Cabruca Agroecosystem (ACC), bringing with it a strong cultural expression and influence on regional economic development. Considering the relevance of cabruca for the region and its importance for the maintenance of forest remnants in the Atlantic forest, it is proposed as a general objective: To present a process for valuing existing tree species in the ACC and compare with other methods for valuation of tree species, aiming to contribute to the debate about the conservation of the remnants of the Atlantic Forest. It aims to highlight the importance of establishing a fair land pricing method for the construction of a basis for future new forms of rural credit. The study also intends to discuss the contribution of cultivation methods for the conservation of remnants of the Atlantic Forest, presenting the main tree species contained in the region, in addition to showing the economic sustainability of the cabruca cocoa system, through productive conservation in rural establishments, mainly from family farming. The methodology used was: bibliographic research; survey of cocoa farming data in the cocoa micro-region of Bahia; survey of the main tree species found in the cocoa cabruca agroecosystem; forest inventory methods; and methods for the valuation of tree species in the cocoa cabruca agroecosystem identified and systematized. In addition to the contribution in the environmental and social aspects, this study intends to point to a perspective of greater interest in the maintenance of the cabruca areas, envisioning the future use of tree heritage in a perspective to increase the economic ballast of small rural establishments, opening the perspectives far beyond shading the cocoa tree. Of the 03 (three) methods for calculating the Value of the Tree Species Value (VEA) analyzed, the Valuation of Tree Species for General Use (VEAUG) can be considered one of the most suitable for the cocoa region in southern Bahia. This observation is due to its conservationist nature and better adapted to the objectives studied.
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RODRIGO MARCEL ARAUJO OLIVEIRA
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Abordagens de aprendizado de máquina para reconhecimento de padrões em processos de manufatura.
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Orientador : ANGELO MARCIO OLIVEIRA SANT ANNA
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MEMBROS DA BANCA :
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ANGELO MARCIO OLIVEIRA SANT ANNA
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DANILO MARCONDES FILHO
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PAULO HENRIQUE FERREIRA DA SILVA
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Data: 04/12/2023
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Abordagens de aprendizado de m´máquina para reconhecimento de padrões em processos de manufatura estão cada vez mais presentes no contexto da Indústria 4.0. Esse cenário permite que fábricas desenvolvam novas metodologias para o monitoramento e controle de qualidade de seus produtos, obtendo melhores indicadores de eficiência operacional e oferecendo produtos cada vez mais competitivos no mercado. A interpretabilidade dos modelos de aprendizado de m´máquina pode facilitar na compreensão de como os modelostomam decisões e podem auxiliar no rastreamento para detecção de defeitos e anomalias. Este trabalho apresenta resultados de modelos de aprendizado de máquina supervisionados e não supervisionados para detecção de defeitos e de anomalias no processo de manufatura no contexto de uma indústria multinacional. O trabalho tem como objetivo desenvolver modelos de aprendizado de máquina para classificação de atributos multiclasses, binários e modelos de detecção de anomalias. Os dados são provenientes do processo de uniformidade de pneus. Os modelos Random Forest, Gradient Boosting Decision Tree, Ligth Gradient Boosting Machine, Logistic Regression, Support Vector Machine, Multi-layer Percepton, KNearest Neighbor, Gaussian Processes Classification foram considerados para classificação do desempenho de pneus em conformidade com os padrões de produção. Os métodos Local Interpretable Model-Agnostic Explanations e SHapley Additive exPlanations foram utilizadas para interpretação dos modelos. No contexto de classificação multiclasse, o modelo Random Forest apresentou resultados robustos e satisfatórios para classificação do desempenho dos pneus. O modelo também apresentou resultados adequados para detecção de defeitos no contexto de classificação binária, todavia o modelo Logistic Regression obteve resultados comparáveis segundo o teste estatístico McNemar’s. A Logistic Regression foi utilizada para determinar valores de referência para cada variável preditora selecionada pelo modelo para manufatura de pneus em conformidade com os padrões de qualidade. No contexto de detecção de anomalias foram considerados os modelos: Isolation Forest; local Outlier Factor; One Class Support Vector Machine; Elliptic Envelop. O modelo Isolation Forest apresentou resultados satisfatórios para detecção de anomalias, com auxílio da técnica SHapley Additive exPlanations foi possível identificar quais foram as variáveis com maior influência no modelo. As diferentes abordagens são ferramentas relevantes e fornecem soluções robustas para garantir a eficiência da gestão do controle de qualidade em processos de manufatura.
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Machine learning approaches for pattern recognition in manufacturing processes are increasingly prevalent in the context of Industry 4.0. This scenario allows factories to develop new methodologies for monitoring and controlling the quality of their products, obtaining better indicators of operational efficiency, and offering increasingly competitive products in the market. The interpretability of machine learning models can facilitate understanding how models make decisions and can assist in tracking for defect detection and anomalies. This work presents results from supervised and unsupervised machine learning models for defect and anomaly detection in the manufacturing process within the context of a multinational industry. The goal of this work is to develop machine learning models for multi-class and binary attribute classification, as well as anomaly detection models. The data come from the tire uniformity process. The Random Forest, Gradient Boosting Decision Tree, Light Gradient Boosting Machine, Logistic Regression, Support Vector Machine, Multi-layer Perceptron, K-Nearest Neighbor, and Gaussian Processes Classification models were considered for classifying tire performance in compliance with production standards. The Local Interpretable Model-Agnostic Explanations and SHapley Additive exPlanations methodologies were used for model interpretation. In the context of multi-class classification, the Random Forest model yielded robust and satisfactory results for classifying tire performance. The model also showed adequate results for defect detection in binary classification; however, the Logistic Regression model achieved comparable results according to the McNemar’s statistical test. Logistic Regression was used to determine reference values for each selected predictor variable for tire manufacturing in compliance with quality standards. For anomaly detection, the following models were considered: Isolation Forest, Local Outlier Factor, One Class Support Vector Machine, and Elliptic Envelope. The Isolation Forest model provided satisfactory results for anomaly detection. With the help of the SHapley Additive exPlanations technique, it was possible to identify the variables with the greatest influence on the model. These different approaches are relevant tools and provide robust solutions to ensure the efficiency of quality control management in manufacturing processes.
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EVELYN DOS SANTOS JARDIM ESTEVES
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GESTÃO AMBIENTAL COM ENFOQUE NAS OPORTUNIDADES DE PRODUÇÃO MAIS LIMPA NO TRANSPORTE E ARMAZENAMENTO DE GRANÉIS SÓLIDOS NO PORTO DE ARATU.
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Orientador : EDNILDO ANDRADE TORRES
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MEMBROS DA BANCA :
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ALEX ALISSON BANDEIRA SANTOS
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André Luiz Amarante Mesquita
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EDNILDO ANDRADE TORRES
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FELIPE ANDRADE TORRES
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Data: 20/12/2023
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Este trabalho buscou identificar as oportunidades para implementar um programa de Produção Mais Limpa na área de armazenagem e carregamento de granéis sólidos no terminal portuário em Aratu, Bahia, que fica aproximadamente 50Km da capital do estado, por meio da avaliação de medidas de P2 e P+L e suas metodologias. A localização geográfica, o relevo e o clima do Estado da Bahia são favoráveis à geração de energia solar. Inicialmente foi realizado um estudo exploratório com o objetivo de avaliar o processo operacional e as possibilidades de melhoria na área. Verificou-se que a implantação do programa de Produção Mais Limpa (P+L) visa possibilitar menor consumo dos recursos naturais, ganhos operacionais, benefícios econômicos e maior competitividade para a empresa, além da melhora da imagem frente ao mercado relacionados à gestão e qualidade ambiental no setor portuário. Os principais resultados relacionados à mudança na tecnologia referem-se à velocidade e produtividade na operação, garantindo a segurança e integridade dos colaboradores envolvidos nas atividades de armazenamento e carregamento de granéis sólidos. Agrega-se ao diagnóstico realizado no Porto, a eficiência energética, associada à adequação dos processos, troca de equipamentos elétricos e aplicação de novos procedimentos. Foi identificado o potencial de geração de energia solar na região no qual a empresa está apresentando uma proposta de um sistema de geração distribuída solar fotovoltaica (GDFV), com o payback de um pouco mais de 2 anos para o projeto. Estes, aliados às boas práticas operacionais (BPO), visam promover as ações para minimizar o consumo de água potável no porto. Os resultados indicaram que através do estudo de viabilidade econômica deste projeto será possível uma economia de 12% no uso de água potável, com retorno estimado em 4 anos para o investimento. Indicou-se também, a recuperação de energia, com a instalação de bancos capacitores ligados ao sistema elétrico. Este trabalho revela que a implementação do programa de Produção Mais Limpa no terminal portuário de Aratu, Bahia, não só promove uma gestão ambiental mais eficiente, mas também oferece oportunidades significativas, incluindo a geração de energia solar, a economia de água potável e a recuperação de energia. Essas ações não apenas melhoram a competitividade da empresa, mas também fortalecem sua imagem no mercado, ao mesmo tempo em que contribuem para a preservação do meio ambiente.
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This work sought to identify opportunities to implement a Cleaner Production program in the solid bulk storage and loading area at the port terminal in Aratu, Bahia, which is approximately 50 km from the state capital, by evaluating P2 and P+L measures and their methodologies. The geographical location, terrain and climate of the state of Bahia are favorable to the generation of solar energy. Initially, an exploratory study was carried out with the aim of assessing the operational process and the possibilities for improvement in the area. It was found that the implementation of the Cleaner Production (P+L) program aims to reduce the consumption of natural resources, provide operational gains, economic benefits and greater competitiveness for the company, as well as improving its image in the market in relation to environmental management and quality in the port sector. The main results related to the change in technology are speed and productivity in the operation, guaranteeing the safety and integrity of the employees involved in the storage and loading of solid bulk cargoes. Added to the diagnosis carried out at the port is energy efficiency, associated with adapting processes, changing electrical equipment and applying new procedures. The potential for solar energy generation in the region has been identified, and the company is presenting a proposal for a distributed solar photovoltaic generation system (GDFV), with a payback of just over two years for the project. These, combined with good operating practices (BPO), aim to promote actions to minimize drinking water consumption at the port. The results indicate that the economic feasibility study of this project will enable savings of 12% in the use of drinking water, with an estimated return on investment of 4 years. Energy recovery was also indicated, with the installation of capacitor banks connected to the electrical system. This work reveals that the implementation of the Cleaner Production program at the Aratu port terminal in Bahia not only promotes more efficient environmental management, but also offers significant opportunities, including solar energy generation, potable water savings and energy recovery. These actions not only improve the company's competitiveness, but also strengthen its image in the market, while contributing to the preservation of the environment.
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ERICA MARTA ROCHA MAGNAGO
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AVALIAÇAO DE PROPRIEDADES AUTOCICATRIZANTES DE MATERIAL CIMENTÍCIO CONTENDO SILICATO DE SÓDIO INCORPORADO EM MICROCÁPSULAS BIOPOLIMÉRICAS.
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Orientador : ELAINE CHRISTINE DE MAGALHAES CABRAL ALBUQUERQUE
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MEMBROS DA BANCA :
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Veronica Scarpini Candido
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Antônio Eduardo Bezerra Cabral
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ELAINE CHRISTINE DE MAGALHAES CABRAL ALBUQUERQUE
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JARDEL PEREIRA GONCALVES
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Data: 21/12/2023
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Utilizado como aglomerante em revestimentos, estruturas, reforços e restaurações, o cimento é o produto mais relevante na construção civil. A indústria cimenteira é a maior causadora de GEE entre os processos industriais e, sem uma mudança na demanda ou no processo produtivo, ela alcançará mais de 45 bi de ton. de emissão cumulativa de CO2 no ano de 2100. O material cimentício tem sua durabilidade comprometida pela porosidade, permeabilidade, resistências a tração e flexão desprezíveis e sensibilidade à fissuração. A permeação de agentes agressivos pode levar a deterioração do material cimentício e corrosão do aço inserido. Pequenas fissuras (até ≈200 μm) podem ser cicatrizadas de forma autógena, mas as maiores somente com a cicatrização autônoma. Em vista disso, este trabalho avaliou a capacidade de autocicatrização de materiais cimentícios produzidos com cimento Portland de alto-forno (CP III), através da incorporação de silicato de sódio (SS) em microcápsulas de membrana polimérica de goma arábica/gelatina (MC). Foram produzidas microcápsulas polinucleadas, com evidenciada incorporação de SS nos núcleos, de morfologia aproximadamente esférica e perfil populacional monomodal com D [4;3] de 74,9 μm e Span de 0,96. Foram testadas pastas de referência com apenas água e cimento (G-R), com SS livre na água de mistura (G-RSS) e com MC incorporando SS (G-MCSS) ou água (G-MCA). O SS livre na água de mistura e a adição de MC participaram como retardantes, levando à resultados inferiores nos ensaios de resistência a compressão no 3º dia de idade. Entretanto, aos trinta e cinco dias de idade, a presença das MCs propiciou maior resistência à compressão e à tração na flexão em amostras fissuradas e cicatrizadas, quando comparadas a amostras íntegras semelhantes, e levou à superação das amostras de referência. G-RSS sempre apresentou os piores resultados nas idades mais maduras. No ensaio de dureza superficial, G-RSS se mostrou a menos dura e G-R a mais dura. Os módulos de elasticidade calculados a partir das velocidades de propagação de ondas ultrassônicas também se alinharam ao apresentado pelo ensaio de dureza. A presença de SS livre ou de MCs aumentou a viscosidade da pasta cimentícia e retardou o processo de hidratação. Durante análise por calorimetria isotérmica, amostras contendo 16% de MCSS produziram fluxo de calor cerca de 24% do produzido por G-R, quando MCSS foi lavada, e 10%, quando não foi lavada. Tamanha diminuição no fluxo de calor, prenuncia um material excelente para aplicações em estruturas de alto volume de massa. Os testes de absorção demonstraram eficiência na selagem de fissuras nas amostras carregadas que continham microcápsulas. Tanto no teste de absorção por capilaridade quanto no de absorção por porosidade aberta, G-RSS se manteve com o pior resultado e as amostras contendo MCSS ou MCA, absorveram menos água que G-R ou se equipararam a elas. O conjunto dos resultados permitiu concluir que a adição de 16% (v/vcimento) do aditivo MCSS, propiciou aumento da durabilidade da pasta endurecida além de melhorar as propriedades mecânicas dos corpos de prova após fissuração.
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Used as a binder in coatings, structures, reinforcements and restorations, cement is the most relevant product in civil construction. The cement industry is the largest cause of GHG among industrial processes and, without a change in demand or in the production process, it will reach more than 45 bi ton. cumulative CO2 emissions in the year 2100. The durability of the cementitious material is compromised by porosity, permeability, negligible tensile and flexural strengths, and sensitivity to cracking. The permeation of aggressive agents can lead to deterioration of the cementitious material and corrosion of the inserted steel. Small fissures (up to ≈200 μm) can be healed autogenously, but larger ones only with autonomous healing. In view of this, this study evaluated the self-healing capacity of cementitious materials produced with blast furnace Portland cement (CP III), through the incorporation of sodium silicate (SS) in gum arabic/gelatin (MC) polymeric membrane microcapsules. Polynucleated microcapsules were produced, with evidence of SS incorporation in the nuclei, with approximately spherical morphology and monomodal population profile with D [4;3] of 74.9 μm and Span of 0.96. Reference pastes were tested with only water and cement (G-R), with free SS in the mixing water (G-RSS) and with MC incorporating SS (G-MCSS) or water (G-MCA). The free SS in the mixing water and the addition of MC participated as retardants, leading to inferior results in the compressive strength tests on the 3rd day of age. However, at thirty-five days of age, the presence of CMs provided greater compressive and tensile strength in flexion in cleft and cured samples, when compared to similar intact samples, and led to the surpassing of the reference samples. G-RSS always showed the worst results at more mature ages. In the surface hardness test, G-RSS was the least hard and G-R the hardest. The moduli of elasticity calculated from the propagation velocities of ultrasonic waves were also in line with the one presented by the hardness test. The presence of free SS or MCs increased the viscosity of the cementitious paste and slowed down the hydration process. During isothermal calorimetry analysis, samples containing 16% of MCSS produced a heat flux about 24% of that produced by G-R when MCSS was washed, and 10% when it was not washed. Such a decrease in heat flow foreshadows an excellent material for applications in high mass volume structures. Absorption tests demonstrated efficiency in sealing cracks in loaded samples containing microcapsules. In both the capillary absorption and open porosity absorption tests, G-RSS had the worst result and the samples containing MCSS or MCA absorbed less water than G-R or were equal to them. The set of results allowed us to conclude that the addition of 16% (v/vcement) of the MCSS additive increased the durability of the hardened paste in addition to improving the mechanical properties of the specimens after cracking.
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RODRIGO VERGNE DE ABREU SANTOS
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ENANTIOMERS RESOLUTION IN SIMULATED MOVING BED: PARAMETER ESTIMATION AND UNCERTAINTY ANALYSIS
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Orientador : KAREN VALVERDE PONTES VATER
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MEMBROS DA BANCA :
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MARIA JOÃO REGUFE
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MARCO S REIS
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Galo Antonio Carillo Le Roux
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Argimiro Resende Secchi
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IDELFONSO BESSA DOS REIS NOGUEIRA
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KAREN VALVERDE PONTES VATER
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Data: 07/02/2023
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Pairs of enantiomers in pharmaceutical drugs are known to might have one enantiomer with the active principle, whereas the other might cause severe side effects. However, enantioresolution is not trivial. Simulated Moving Bed (SMB) chromatographies have been applied in the industrial and lab scales for separation of enantiomers. A representative phenomenological model is a key to a successful design, optimization, and control of the system, that relies on well-estimated parameters. This thesis aims to propose a novel methodology for a global and straightforward parameter estimation of the SMB model coupled with uncertainty analyses. Firstly, parameters are estimated via gradient-based and Particle Swarm Optimization (PSO) methods, whose operating conditions were generated by Latin Hypercube Sampling (LHS). Then, a new parameter estimation is carried out using experimental data from the literature, together with a PSO population-based uncertainty evaluation that enables model validation and definition of the parameter confidence regions. Secondly, this work proposes a method for screening the adsorption isotherm based on minimal system knowledge. This methodology determines a minimum number of experiments to be carried out in an SMB unit to provide a representative model, followed by a new parameter estimation and screened of the best adsorption isotherm equation. Finally, a single isotherm equation Linear + Bi-Langmuir is introduced as a combination of other known equations in the literature in order to carry out estimability analysis together with a comparison with screened isotherm. An estimability analysis based on orthogonalization could determine a subset of uncorrelated parameters which can be estimated, enabling the reduction of computational effort during parameter estimation. The results of this study show that it is possible to perform parameter estimation from SMB chromatography producing a more trustworthy model with minimal system knowledge for different adsorption isotherm equations that could make parameter estimation faster and then, enantiomer resolution simpler.
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Pairs of enantiomers in pharmaceutical drugs are known to might have one enantiomer with the active principle, whereas the other might cause severe side effects. However, enantioresolution is not trivial. Simulated Moving Bed (SMB) chromatographies have been applied in the industrial and lab scales for separation of enantiomers. A representative phenomenological model is a key to a successful design, optimization, and control of the system, that relies on well-estimated parameters. This thesis aims to propose a novel methodology for a global and straightforward parameter estimation of the SMB model coupled with uncertainty analyses. Firstly, parameters are estimated via gradient-based and Particle Swarm Optimization (PSO) methods, whose operating conditions were generated by Latin Hypercube Sampling (LHS). Then, a new parameter estimation is carried out using experimental data from the literature, together with a PSO population-based uncertainty evaluation that enables model validation and definition of the parameter confidence regions. Secondly, this work proposes a method for screening the adsorption isotherm based on minimal system knowledge. This methodology determines a minimum number of experiments to be carried out in an SMB unit to provide a representative model, followed by a new parameter estimation and screened of the best adsorption isotherm equation. Finally, a single isotherm equation Linear + Bi-Langmuir is introduced as a combination of other known equations in the literature in order to carry out estimability analysis together with a comparison with screened isotherm. An estimability analysis based on orthogonalization could determine a subset of uncorrelated parameters which can be estimated, enabling the reduction of computational effort during parameter estimation. The results of this study show that it is possible to perform parameter estimation from SMB chromatography producing a more trustworthy model with minimal system knowledge for different adsorption isotherm equations that could make parameter estimation faster and then, enantiomer resolution simpler.
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Eron Passos Andrade
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RETRATO DA HÉLICE TRÍPLICE: CONTRIBUIÇÕES DE UNIVERSIDADES PÚBLICAS BRASILEIRAS AO PROCESSO DE INOVAÇÃO
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Orientador : MARCIO LUIS FERREIRA NASCIMENTO
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MEMBROS DA BANCA :
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MARCIO LUIS FERREIRA NASCIMENTO
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ANGELA MACHADO ROCHA
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Ana Lúcia Vitale Torkomian
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PAULO JOSE LIMA JUIZ
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ANGELO CONRADO LOULA
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Paula Meyer Soares
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Data: 15/02/2023
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Dada a importância do conhecimento no modelo da Hélice Tríplice (HT), este trabalho propõe visualizar a HT por meio de técnicas matemáticas e estatísticas aplicadas a dados de universidades públicas brasileiras e compreender a contribuição dessas instituições para o processo de inovação tecnológica. Inicialmente, adotou-se a abordagem predominantemente qualitativa da Análise Textual Discursiva (ATD) para analisar dados textuais dos abstracts de 48 textos, entre artigos publicados em periódicos, anais de eventos e capítulos de livros indexados nas bases Scopus e Web of Science. Em seguida, valendo-se de análises multivariadas exploratórias, aplicou-se a abordagem quantitativa em dois momentos. No primeiro, foram utilizadas duas ferramentas, agrupamento hierárquico de clusters (HC) e análise de componentes principais (PCA), em um conjunto de dados com doze variáveis. No segundo, usou-se HC e escalonamento multidimensional (MDS), considerando 76 variáveis. Em ambos, os objetos de estudo foram oito universidades brasileiras e o recorte de tempo entre 2008 e 2015. Esta abordagem quali-quantitativa permitiu visualizar a HT em termos de suas hélices, considerando a aplicação de diferentes técnicas estatísticas de frequência, além das análises multivariadas exploratórias. A PCA sugeriu ainda que grande parte da variância dos dados pôde ser resumida em três componentes principais. O sistema complexo, envolvendo questões universitárias endógenas em um contexto regional e nacional, possibilitou que a partir da HC, em consonância com a PCA, fossem identificados quatro principais clusters universitários, enquanto na HC em conjunto com o MDS, dois agrupamentos foram observados. Esses procedimentos quali-quantitativos minimizaram subjetividades do modelo teórico da HT. Por fim, notou-se que a contribuição das universidades brasileiras para a inovação tecnológica encontra-se distante da proposta do modelo da HT.
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Given the importance of knowledge in the Triple Helix (HT) model, this work proposes to visualize the HT through mathematical and statistical techniques applied to data from Brazilian public universities and to understand the contribution of these institutions to the process of technological innovation. Initially, the predominantly qualitative approach of Discursive Textual Analysis (DTA) was adopted to analyze textual data from the abstracts of 48 texts, including articles published in journals, annals of events and chapters of books indexed in the Scopus and Web of Science databases. Then, using exploratory multivariate analyses, a quantitative approach was applied in two stages. In the first, two tools were used, hierarchical grouping of clusters (HC) and principal component analysis (PCA), in a data set with twelve variables. In the second, HC and multidimensional scaling (MDS) were used, considering 76 variables. In both, the objects of study were eight Brazilian universities and the time frame between 2008 and 2015. This quali-quantitative approach allowed viewing HT in terms of its helices, considering the application of different frequency statistical techniques, in addition to multivariate analysis exploratory. The PCA further suggested that much of the variance in the data could be summarized into three main components. The complex system involving endogenous university issues in a regional and national context, led to the identification of four main university clusters from the HC, in line with the PCA, while in the HC together with the MDS, two clusters were observed. These quali-quantitative procedures minimized subjectivities of the HT theoretical model. Finally, it was noted that the contribution of Brazilian universities to technological innovation is far from the proposal of the HT model.
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Maria de Lourdes de Araújo Menezes
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METODOLOGIA DE IDENTIFICAÇÃO DE SITUAÇÕES CRÍTICAS EM SEGURANÇA DE PROCESSOS VIA INTEGRAÇÃO ENTRE ERGONOMIA, MÉTODO DE RESSONÂNCIA FUNCIONAL (FRAM) E FATORES HUMANOS.
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Orientador : MARCIO LUIS FERREIRA NASCIMENTO
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MEMBROS DA BANCA :
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MARCIO LUIS FERREIRA NASCIMENTO
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Assed Naked Haddad
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Carlos Alberto Pereira Soares
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Erick Braga Ferrão Galante
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Milind Siddhpura
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Claudia Garrido Martins
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Gilson Brito Alves Lima
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Data: 24/03/2023
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Esta tese desenvolveu uma metodologia para avaliar a segurança de processos sistêmicos para sistemas sociotécnicos industriais. O ponto forte foi o caráter interpretativo que parte do estudo do contexto através da ergonomia francesa contemporânea, apoiando-se no método FRAM (Functional Resonance Analysis Method). Através de sua linha de interpretação e detalhamento e observação das atividades, identificou-se as funções principais e de apoio para a construção das instanciações. A tese utilizou resultados da aplicação de dois referenciais metodológicos diferentes para identificar as funções críticas que afetam a segurança do processo em uma indústria química: FRAM e os Fatores que Afetam o Desempenho (FAD, do inglês Performance Shaping Factors), sendo o que o último envolveu a participação ativa dos operadores aplicados num mesmo processo sociotécnico. Três respostas fenotípicas foram integradas, com base no FRAM, a saber: tempo, precisão e duração. Um referencial metodológico baseado em fatores humanos selecionou as chaves críticas via PSF, estas utilizadas como indicadores, para identificar as atividades críticas no processo conforme a percepção do operador. Este estudo demonstrou que alguns acoplamentos envolvendo a variabilidade de resultados podem ser diferentes em alguns aspectos no processo automatizado quando comparado ao de batelada (ou lote). A integração dos fenótipos de duração com tempo (cronometragem) de integração e precisão pode modificar os resultados da variabilidade no processamento em batelada. Um aspecto importante dos resultados envolveu a observação de que a gestão humana se adapta e pode mitigar riscos envolvidos. Particularmente, a competência e o conhecimento dos operadores podem eliminar o tempo de função bem como minimizar a tarefa, modificando a sequência de trabalho do processo. A comparação dos resultados demonstrou a compatibilidade entre duas diferentes análises, a saber: FRAM e FAD. A utilização de questionário para obter informações sobre os fatores que afetam o desempenho humano mostrou-se bem-sucedida, aumentando a participação do usuário em um sistema sociotécnico e ao mesmo tempo identificando atividades críticas do processo. O desenvolvimento de estudos futuros utilizando o FRAM em conjunto com outras ferramentas pode servir para fortalecer novos processos sociotécnicos.
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This thesis developed a methodology to assess the safety of systemic processes for industrial sociotechnical systems. The strong point was the interpretative character that starts from the study of the context through contemporary French ergonomics, relying on the FRAM (Functional Resonance Analysis Method). Through its line of interpretation and detailing and observation of activities, the main and support functions for the construction of instantiations were identified. The thesis thus used results from the application of two different methodological frameworks to identify the critical functions that affect process safety in a chemical industry: FRAM and Performance Shaping Factors (PSF), the latter involving operators’ active participation, were applied on the same sociotechnical process. Three phenotype responses were integrated, based on FRAM, namely timing, precision, and duration. A methodological framework based on human factors had selected the critical key PSF, used as an indicator, to identify the critical activities in the process, by operator’s perceptions. This study demonstrated that some result variability couplings can be different in some aspects in the automated and batch process. The integration of duration phenotypes with integration timing and precision, that can modify the results of variability in a batch process. One key aspect was related to human being management observation, that can adapt and mitigate risks. Particularly, operator competence and knowledge can eliminate function and task time by modifying the work sequence of the process. Comparison results demonstrated the compatibility of both FRAM and PSF analyses. The use of a questionnaire to obtain information on factors that affect human performance proved to be successful, increasing user participation in a sociotechnical system and identifying critical activities of the process. The development of future practical studies, utilizing FRAM in conjunction with other tools, can be served to strengthen new sociotechnical processes.
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Ladislane dos Santos Bastos
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ESTUDO EXPERIMENTAL, MODELAGEM E SIMULAÇÃO DA INJEÇÃO DE SALMOURAS E CO2 EM RESERVATÓRIOS CARBONÁTICOS
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Orientador : GLORIA MEYBERG NUNES COSTA
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MEMBROS DA BANCA :
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FREDERICO WANDERLEY TAVARES
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GLORIA MEYBERG NUNES COSTA
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LUIZ ERALDO ARAÚJO FERREIRA
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PAULO COUTO
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PAULO DE TARSO VIEIRA E ROSA
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SILVIO ALEXANDRE BEISL VIEIRA DE MELO
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Data: 28/03/2023
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O desenvolvimento e aprimoramento de métodos de recuperação avançada de petróleo (EOR) para aumentar a taxa de recuperação de óleo representa um dos principais desafios da engenharia de reservatórios. Injeção de água e gás são métodos amplamente utilizados. Por isso, no contexto do pré-sal brasileiro, água do mar e CO2 são importantes candidatos a serem utilizados como métodos EOR, devido a alta disponibilidade destes fluidos. Injeção de CO2 tem recebido atenção especial porque favorece a recuperação ao proporcionar uma condição de miscibilidade ou quase miscibilidade no reservatório; e por ser uma opção de destino para esse gás de efeito estufa, já que o gás associado do pré-sal possui altas concentrações de CO2. Além da própria injeção de água do mar, o uso de água do mar diluída (água de baixa salinidade), que é um processo relativamente novo, também tem sido relatado por vários autores como um método que aumenta o fator de recuperação de óleo. Outra abordagem que tem sido avaliada é a associação das vantagens particulares de injeções contínuas desses fluidos, através da injeção alternada (WAG). No entanto, entender os efeitos de cada um destes métodos é um desafio devido a complexidade das interações entre a rocha, o óleo e a fase aquosa. Portanto, a necessidade de uma compreensão adequada dos mecanismos envolvidos na recuperação de óleo quando estes métodos são utilizados em reservatórios carbonáticos, característicos do pré-sal, motiva a realização dos estudos experimentais e de modelagem e simulação que foram desenvolvidos na presente tese. Os resultados dos estudos de simulação, realizados com dados da literatura, corroboram o entendimento do efeito sinérgico entre CO2 e salmouras trazendo uma visão do processo dinâmico de recuperação e escoamento do óleo, em que diferentes fatores influenciam simultaneamente. Na análise dos resultados é dado ênfase: à interação dos fluidos com a rocha, o que pode resultar em dissolução mineral e alteração da molhabilidade; à solubilidade de CO2 no óleo e na fase aquosa, que leva a alteração de propriedades das fases que tem efeito direto na recuperação de óleo, como densidade e viscosidade; e à influência da caracterização do sistema nas estimativas de recuperação, considerando a distribuição de propriedades petrofísicas e as curvas de permeabilidade relativa. Por sua vez, os resultados obtidos em laboratório apresentam dados experimentais inéditos de caracterização de um óleo oriundo do Campo de Lula no pré-sal brasileiro com restrita divulgação na literatura. Além disso, testes de injeção em testemunho e medições de tensão interfacial e ângulo de contato foram realizados nesse trabalho, destacando: i) a recuperação adicional de óleo quando aplicado injeção contínua de água do mar e de água de baixa salinidade em modo secundário e também durante injeção alternada de CO2 com água do mar ou com água de baixa salinidade em modo terciário no sistema avaliado; ii) que os efeitos composicionais de interação do CO2 com o óleo e com a fase aquosa e o controle de mobilidade do processo WAG foram os mecanismos mais relevantes para o incremento da produção observado em modo terciário; iii) e que as interações geoquímicas da salmoura investigada tiveram menor influência na recuperação visto que a rocha dolomítica utilizada apresentou comportamento inicial ligeiramente molhável a água.
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The development and improvement of enhanced oil recovery methods (EOR) to increase the oil recovery rate represents one of the major challenges of reservoir engineering. Water and gas injection are widely used methods. Therefore, in the Brazilian pre-salt context, seawater and CO2 are important candidates to be used as EOR methods, due to the high availability of these fluids. CO2 injection has received special attention because it favors recovery providing a miscible or near-miscible condition in the reservoir; and for being an option of destination for this greenhouse gas, since the gas associated from the pre-salt has a huge amount of CO2. In addition to seawater injection, the use of diluted seawater (low salinity water), which is a relatively new EOR process, has also been reported by several authors as a method that increases the oil recovery factor. Another approach that has been evaluated is the association of the particular advantages of continuous injections of these fluids, through alternating injection (WAG). However, understanding the effects of each one of these methods is a challenge due to the complexity of interactions between the rock, oil and aqueous phase. Therefore, the need for an adequate understanding of the mechanisms involved in oil recovery when these methods are used in carbonate reservoirs, characteristic of the pre-salt, motivates the performance of experimental, modeling and simulation studies that were developed in this thesis. Regarding the results of the simulation studies, carried out with data from the literature, corroborate the understanding of the synergistic effect between CO2 and brines injections, providing an overview of the dynamic process of oil recovery and flow, in which different factors influence simultaneously. Concerning the analysis of the results, emphasis is given to: the interaction of the fluids with the rock, which can result in mineral dissolution and wettability alteration; the CO2 solubility in oil and in the aqueous phase, which leads to changes in phase properties that have a direct effect on oil recovery, such as density and viscosity; and the influence of system characterization on recovery estimates, considering the petrophysical properties distribution and relative permeability curves. In turn, the results obtained in the laboratory present unprecedented experimental data for the characterization of an oil sample from the Lula field located in the Brazilian pre-salt with limited publication in the literature. In addition, core flooding tests and measurements of interfacial tension and contact angle were carried out in this work, highlighting: i) the additional oil recovery when applying continuous injection of seawater and low salinity water in secondary mode and also during CO2 low salinity water-alternating-gas or CO2 seawater-alternating-gas in tertiary mode in the evaluated system; ii) that the compositional effects of the CO2 interaction with the oil and the aqueous phase and the mobility control of the WAG process were most relevant mechanisms to the observed production increase; iii) and that the geochemical interactions of the investigated brine presented less influence on the recovery since the dolomite core used presented an initial behavior slightly water-wet.
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Márcia Andréa Gomes
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ESTUDO DA PRODUÇÃO DE ETANOL LIGNOCELULÓSICO A PARTIR DE RESÍDUOS DO CULTIVO DE COCO.
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Orientador : ELAINE CHRISTINE DE MAGALHAES CABRAL ALBUQUERQUE
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MEMBROS DA BANCA :
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ELAINE CHRISTINE DE MAGALHAES CABRAL ALBUQUERQUE
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CARLOS EDUARDO DE FARIAS SILVA
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Renata Maria Rosas Garcia Almeida
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Martha S. R. dos Santos Rocha
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Andrea Lopes de Oliveira Ferreira
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Antônio José Gonçalves da Cruz
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Data: 20/04/2023
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O emprego da biomassa lignocelulósica para a produção de etanol de segunda geração, como
por exemplo, a casca do coco verde, implica no desenvolvimento e aperfeiçoamento das etapas de conversão dos açúcares em etanol utilizando via fermentativa. Assim, a execução da etapa de pré-tratamento torna-se necessária, responsável por romper a matriz lignocelulósica, deixando-a acessível ao ataque enzimático na etapa posterior, a hidrólise. Com os monômeros de açúcar disponíveis, a levedura converte-os em etanol, na etapa de fermentação. Dessa forma, esse trabalho visa o estudo das configurações de sacarificação e de fermentação, utilizando os resíduos do cultivo de coco como fontes de carbono, com o objetivo de avaliar as melhores condições de sacarificação e fermentação para produção de E2G. Inicialmente realizou-se o pré-tratamento hidrotérmico (PTH) em reator tipo PARR utilizando-se 15 % (m/v) de sólidos, a 195°C, 10 min e 200 rpm. Em paralelo realizou-se um planejamento experimental para o pré-tratamento ácido (PTA) (fatores: concentração de H2SO4 e temperatura) visando a otimização das condições operacionais de pré-tratamento. Em função da glicose as condições de 1% (v/v) H2SO4 a 100 °C para casca de coco verde (CCV), 2% (v/v) H2SO4 a 120 °C para os folíolos da folha de coqueiro (FFC) e 2% (v/v) H2SO4 a 100 °C para a raque da folha do coqueiro (RFC) seguiu para a hidrólise enzimática, empregando-se 7,5 % (m/v) de sólidos e 20 FPU/gbiomassa seca de Cellic Ctec2 suplementada com 10 % de Cellic Htec. Após 72h de reação, as concentrações de glicose atingiram 31,85 e 19,07 g/L para a hidrólise de CCV submetida para PTH e PTA. Com relação ao comportamento dos FFC na hidrólise, 21,31 e 13,65 g/L de concentração de glicose foram alcançados quando esta biomassa foi submetida ao PTH e PTA. Para RFC, obteve-se 45,39 e 21,01 g/L de glicose, após PTH e PTA, respectivamente. Esses resultados mostraram que a hidrólise enzimática usando pré-tratamento hidrotérmico foi mais eficiente do que os resultados obtidos para as biomassas ácidas pré-tratadas. Logo, as amostras seguiram para a fermentação com a levedura Kluyverkomyces marxianus a 37°C/24 h. Nessa etapa é possível verificar que praticamente todos os teores de glicose e xilose foram consumidos pela levedura. No entanto, o rendimento em etanol atingiu valores entre 47 e 80%, indicando possíveis problemas de natureza tóxica, ou seja, a produção de compostos secundários, ácido acético, furfural e 5-hidroximetilfurfural (HMF). Um estudo preliminar foi realizado para aumentar a eficiência de fermentação no hidrolisado de bagaço de cana, biomassa conhecida, e submetido aos pré-tratamentos hidrotérmico (195 ºC, usando 200 rpm por 10 min) e ácido (0,5% (v/v) de ácido sulfúrico a 121ºC por 15 min) e (carga de sólidos de 10% m/v). A hidrólise enzimática do material prétratado foi realizada utilizado o complexo enzimático CellicCtec® (60 FPU/gbiomassa seca, tampão citrato a 50 mM e pH 4,8) a 50ºC usando 150 rpm por 72h. Antes do processo de detoxificação, realizou-se um teste com a espécie de Saccharomyces cerevisiae para verificar se os compostos furfural (1 e 4g.L-1) e ácido acético (1 e 5% v/v) exerciam significativa inibição na espécie testada. O processo de detoxificação avaliou a concentração de carvão ativado (1, 3 e 5% m/v) e o tempo do processo (30, 45 e 60 min) a 30 ºC, 150 rpm por 24 h. A presença de furfural e ácido acético exibiu forte influência na espécie considerada, chegando a prejudicar em mais de 90% o consumo de açúcares no meio. O processo de destoxificação aumentou 13% a eficiência de fermentação para o hidrolisado obtido hidrotermicamente, enquanto que para o ácido não houve diferença significativa. Dessa forma, foi possível concluir que o estudo das condições de processo aumentou a produção de etanol comparado aos valores já relatados em estudos anteriores com a casca do coco verde. E identificou a potencialidade da folha do coqueiro para produção de etanol de segunda geração. E ainda verificou que as condições de detoxificação podem ser adaptadas as biomassas do cultivo de coco para aumentar a eficiência e tornar os resultados factíveis à produção industrial.
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The use of lignocellulosic biomass for the production of second-generation ethanol, such as the green coconut husk, implies the development and improvement of the stages of conversion of sugars into ethanol using a fermentative pathway. Thus, the execution of the pre-treatment step becomes necessary, responsible for breaking the lignocellulosic matrix, leaving it accessible to enzymatic attack in the subsequent step, the hydrolysis. With the available sugar monomers, the yeast converts them to ethanol in the fermentation step. Thus, this work aims to study the saccharification and fermentation configurations, using coconut cultivation residues as carbon sources, with the objective of evaluating the best saccharification and fermentation conditions for E2G production. Initially, the hydrothermal pretreatment (HPT) was carried out in a PARR type reactor using 15% (m/v) of solids, at 195°C, 10 min and 200 rpm. In parallel, an experimental design was carried out for the acid pretreatment (APT) (factors: H2SO4 concentration and temperature) aiming at the optimization of the pretreatment operational conditions. The function of glucose, conditions of 1% (v/v) H2SO4 at 100 °C for green coconut shell (GCS), 2% (v/v) H2SO4 at 120 °C for coconut-tree leaflet (CLL) and 2% (v/v) H2SO4 at 100 °C for the coconut-tree leaf stalk (CLS) followed for enzymatic hydrolysis, using 7.5 % (m/v) of solids and 20 FPU/g dry biomass of Cellic Ctec2 supplemented with 10% Cellic Htec. After 72h of reaction, glucose concentrations reached 31.85 and 19.07 g/L for the hydrolysis of GCS submitted to PTH and PTA. Regarding the behavior of CLL in hydrolysis, 21.31 and 13.65 g/L of glucose concentration were reached when this biomass was submitted to HPT and APT. For CLS, 45.39 and 21.01 g/L of glucose were obtained after HPT and APT, respectively. These results showed that enzymatic hydrolysis using hydrothermal pretreatment was more efficient than the results obtained for pretreated acidic biomasses. Then, the samples went on to fermentation with the yeast Kluyverkomyces marxianus at 37°C/24 h. In this step, it is possible to verify that practically all the glucose and xylose contents were consumed by the yeast. However, the ethanol yield reached values between 47 and 80%, indicating possible problems of a toxic nature, the production of secondary compounds, acetic acid, furfural and 5-hydroxymethylfurfural (HMF). A preliminary study was carried out to increase the fermentation efficiency in sugarcane bagasse hydrolyzate, known biomass, and submitted to hydrothermal (195 ºC, using 200 rpm for 10 min) and acid (0.5% (v/v) pretreatments.) of sulfuric acid at 121ºC for 15 min) and (10% w/v solids load). The enzymatic hydrolysis of the pre-treated material was performed using the CellicCtec® enzyme complex (60 FPU/dry biomass, 50 mM citrate buffer and pH 4.8) at 50ºC using 150 rpm for 72h. Before the detoxification process, a test was carried out with the species of Saccharomyces cerevisiae to verify if the compounds furfural (1 and 4g.L-1) and acetic acid (1 and 5% v/v) exerted significant inhibition in the tested species. The detoxification process evaluated the concentration of activated carbon (1, 3 and 5% w/v) and the process time (30, 45 and 60 min) at 30 ºC, 150 rpm for 24 h. The presence of furfural and acetic acid had a strong influence on the species considered, affecting more than 90% of the consumption of sugars in the medium. The detoxification process increased the fermentation efficiency by 13% for the hydrolysateobtained hydrothermally, while for the acid there was no significant difference. Thus, it was possible to conclude that the study of process conditions increased ethanol production compared to values already reported in previous studies with green coconut husk. And it identified the potential of the coconut leaf for the production of second-generation ethanol. It also verified that the detoxification conditions can be adapted to the biomass of coconut cultivation to increase efficiency and make the results feasible for industrial production.
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Valérie Nicollier
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A Governança da Água no Brasil: qual o papel dos municípios? O que falhas da governança da água na cidade de Itabuna, Sul da Bahia, revelam sobre a gestão municipal de recursos hídricos.
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Orientador : JOSE CELIO SILVEIRA ANDRADE
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MEMBROS DA BANCA :
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ASHER KIPERSTOK FIRST
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Denise de la Corte Bacci
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Fernando Luiz Abrucio
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MARCOS EDUARDO CORDEIRO BERNARDES
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Mariana Clauzet
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Vanessa Lucena Empinotti
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Data: 02/05/2023
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A má gestão dos espaços urbanos, associada às mudanças climáticas, resultou em um aumento significativo do número de municípios afetados por desastres relacionados à água na última década em todo Brasil. A governança da água surge neste contexto, como abordagem analítica e prescritiva para desenvolver uma gestão integrada de recursos hídricos, capaz de articular a conservação dos recursos hídricos com o desenvolvimento urbano e do saneamento básico. Diversos estudos sugerem que falhas da governança da água, que ocorrem em múltiplos níveis da administração, estariam na origem de boa parte dos problemas relacionados à água que ameaçam a segurança hídrica. No Brasil, cabe aos municípios promover a integração das políticas públicas no âmbito das cidades, tendo em vista as diferentes áreas que incidem sobre os recursos hídricos, tais como a gestão ambiental, do saneamento básico e do uso e ocupação do solo. No entanto, os municípios não possuem dominialidade sobre os recursos hídricos, ou seja, não têm responsabilidade direta pela sua administração. Partindo da hipótese de que a governança da água é um tema essencial para os municípios brasileiros, a tese foi desenvolvida com base em dois estudos distintos: primeiro, uma análise do marco legal brasileiro, quanto ao papel dos municípios no Sistema Nacional de Gestão de Recursos Hídricos (SINGREH); e, segundo, uma pesquisa aplicada que consistiu na identificação das falhas da governança da água, em um município específico, utilizando a proposta da Organização para a Cooperação e o Desenvolvimento Econômico - OCDE (2011:2016). Ao estabelecer uma relação entre os dois estudos, foi possível perceber que o marco legal brasileiro dá origem à “falha do município” no SINGREH, um vazio legal, institucional e de instrumentos de gestão, na área dos recursos hídricos, no âmbito dos municípios brasileiros. O segundo estudo evidenciou que as principais questões hídricas, que afetam o município analisado, são relacionadas às falhas, administrativa e política, da governança da água, além de outras falhas que repercutem na aplicação inadequada dos instrumentos de gestão de recursos hídricos. O estudo segue com a discussão da falha do município à luz das recentes reformas que o Governo Federal vem implementando em áreas que afetam a governança da água, mostrando que estas tendem a enfraquecer ainda mais o papel dos municípios na gestão dos recursos hídricos. Finalmente, argumenta-se que a governança da água é um tema de grande relevância para os municípios brasileiros e apresentam-se estratégias para o seu desenvolvimento com o objetivo de fortalecer a atuação dos municípios no SINGREH. A principal contribuição deste trabalho reside na identificação de problemas típicos de pequenos e médios municípios brasileiros na área da gestão de recursos hídricos, por meio da análise do ambiente institucional e a aplicação da governança da água como ferramenta analítica. A indicação de possíveis estratégias e indicadores para construir uma gestão municipal de recursos hídricos no contexto analisado confere um sentido prático ao trabalho, fazendo jus à “governança para practitioner”, uma nova tendência nas discussões sobre a gestão de recursos hídricos.
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Poor management of urban spaces, associated with climate change, has resulted in a significant increase in the number of municipalities affected by water-related disasters in the last decade throughout Brazil. Water governance emerges in this context, as an analytical and prescriptive approach to develop an integrated water resources management capable of articulating water conservation with urban development and basic sanitation. Several studies suggest that failures in water governance, which occur at multiple levels of administration, are at the origin of much of water-related problems threatening water security. In Brazil, it is up to the municipalities to promote the integration of public policies within the cities, in view of the different areas affecting water resources, such as environmental management, basic sanitation and land use and occupation. However, municipalities do not have dominion over water resources, that is, they do not have direct responsibility for their management. Starting from the hypothesis that water governance is an essential issue for Brazilian municipalities, the thesis was developed based on two different studies: first, an analysis of the Brazilian legal framework, regarding the role of municipalities in the National Water Resources Management System (SINGREH); and, second, an applied research that consisted of identifying water governance failures in a specific municipality, using the analytical approach of the Organization for Economic Cooperation and Development - OECD (2011:2016). By establishing a relationship between the two studies, it was possible to perceive that the Brazilian legal framework gives rise to the “failure of the municipality” in SINGREH, a legal, institutional and management instrument void, in the area of water resources, within Brazilian municipalities. The second study showed that the main water issues affecting the analyzed municipality were related to administrative and political failures in water governance, in addition to other failures affecting the inadequate application of water resources management instruments. The study continues with the discussion of the failure of the municipality considering the recent reforms that the Federal Government has been implementing in areas affecting water governance, showing that these tend to further weaken the role of municipalities in the management of water resources. Finally, it is argued that water governance is a topic of great relevance for Brazilian municipalities and strategies for its development are presented with the objective of strengthening the performance of municipalities in SINGREH. The main contribution of this study lies in the identification of typical problems of small and medium Brazilian municipalities in the area of water resources management, through the analysis of the institutional environment and the application of water governance as an analytical tool. The indication of possible strategies and indicators to build a municipal management of water resources in the analyzed context gives a practical sense to the work, according to the “governance for practitioner,” a new trend in discussions on the management of water resources.
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TITO FRANCISCO IANDA
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AVALIAÇÃO TECNO-ECONÔMICA-AMBIENTAL-SOCIAL DE BIORREFINARIAS MODULARES EM GUINÉ-BISSAU
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Orientador : RICARDO DE ARAUJO KALID
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MEMBROS DA BANCA :
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Antônio Domingos Padula
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Eduardo Mach Queiroz
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Joelson Ferreira de Oliveira
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ALEX ALISSON BANDEIRA SANTOS
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ELAINE CHRISTINE DE MAGALHAES CABRAL ALBUQUERQUE
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FERNANDO LUIZ PELLEGRINI PESSOA
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RICARDO DE ARAUJO KALID
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Data: 05/05/2023
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Biorrefinarias modulares são indústrias promissoras para diversificação da economia de países em desenvolvimento e redução da dependência externa de insumos produtivos. Esta pesquisa teve como objetivo, avaliar a viabilidade tecno-econômica, ambiental e social de biorrefinarias modulares para produção de insumos de alto valor agregado para a indústria farmacêutica, cosmética ou alimentícia em Guiné-Bissau, a partir de beneficiamento dos cachos de frutos frescos de dendê (CFF) e sementes da mamona descascadas. Para alcançar o objetivo proposto, a metodologia empregada conta com um modelo de otimização multidimensional multicritério construído para avaliar a sustentabilidade de biorrefinarias propostas e apoiar a tomada de decisão. Os produtos de CFF avaliados foram o óleo bruto, óleo refinado, óleo de palmiste e estearina; enquanto aqueles de mamona foram o óleo bruto, óleo refinado e estearina. Para atender os mercados regionais com os referidos produtos, foi proposta a instalação de sete biorrefinarias modulares em Guiné-Bissau. Os dados foram obtidos em fontes secundárias e compilados em linguagem de programação Python®. A incerteza dos dados foi avaliada a partir da Matriz Pedigree e sua variabilidade por meio das Simulações de Monte Carlo. Foi estimada a disponibilidade de 3,66 105 t ano−1 de CFF e 1,8 104 t ano−1 de sementes de mamona. A solução do modelo multidimensional indicou a quantidade ótima a produzir de cada produto de modo a alcançar um lucro bruto de 5,03 108 US$ ano-1 no cenário otimizado. As emissões de GEE no beneficiamento das matérias-primas no cenário base foram de 1,75 108 kg CO2eq ano-1, enquanto no cenário otimizado foi de 2,40 108 kg CO2eq ano-1. Esta diferença, no entanto, está dentro da faixa de incerteza de informações da avaliação ambiental. A geração de empregos no cenário base é de 1,24 105 empregos por ano e no cenário otimizado é de 1,80 105 empregos por ano. Há um trade-off entre a maximização do lucro e minimização das emissões de GEE. Ao maximizar o lucro, as emissões de GEE aumentam em 148 %, e ao minimizar as emissões de GEE, o lucro bruto diminui em 82 %. Finalmente, foram simulados diferentes cenários de compensação do crédito de carbono com as emissões excedentes de GEE ao maximizar o lucro bruto a um custo de 0,03 US$/(kg-1 CO2), 0,10 US$/(kg-1 CO2) e compensação total de todas as emissões de GEE geradas, os quais indicaram um impacto de 0,86 %, 2,86 % e 4,77 % do lucro bruto, respectivamente. Assim, é possível compensar todo o crédito de carbono inicialmente para viabilizar as operações de biorrefinarias propostas. A análise de viabilidade econômico-financeira permitiu verificar que o projeto é viável, pois o Valor Presente Líquido é 7,79 107 US$ a uma Taxa Mínima de Atratividade anual de 14 %, Taxa Interna de Retorno igual a 34 % e prazo para o Retorno de Investimento Inicial (Payback Simples e Payback Descontado), é de 2,90 anos e 3,95 anos, respectivamente.
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Modular biorefineries are promising industries for diversifying developing countries’ economies and reducing external dependence on productive inputs. This research aimed to evaluate the techno-economic, environmental, and social viability of modular biorefineries for the production of inputs with high added value for the pharmaceutical, cosmetic, or food industry in Guinea-Bissau, from the processing of Fresh Fruit Bunches of palm oil (FFB) and peeled castor bean seeds. The methodology employed to achieve the proposed objective relies on a multi-criteria multidimensional optimization model built to assess the sustainability of proposed biorefineries and support decision-making. The FFB products evaluated were crude oil, refined oil, palm kernel oil, and stearin; while those from castor oil were crude oil, refined oil, and stearin. In order to serve regional markets with these products, the installation of seven modular biorefineries in Guinea-Bissau was proposed. Data were obtained from secondary sources and compiled in the Python® programming language. Data uncertainty was evaluated from the Pedigree Matrix and its variability through Monte Carlo Simulations. Availability of 3.66 105 t year−1 of FFB and 1.8 104 t year−1 of castor bean seeds was estimated. The solution of the multidimensional model indicated the optimal quantity of each product to be produced in order to reach a gross profit of 5.03 108 US$ year-1 in the optimized scenario. GHG emissions from the processing of raw materials in the base scenario were 1.75 108 kg CO2eq year-1, while in the optimized scenario it was 2.40 108 kg CO2eq year-1. This difference, however, is within the uncertainty range of environmental assessment information. The generation of jobs in the base scenario is 1.24 105 jobs per year; in the optimized scenario, it is 1.80 105 jobs per year. There is a trade-off between maximizing profit and minimizing GHG emissions. By maximizing profit, GHG emissions increase by 148 %, and by minimizing GHG emissions, gross profit decreases by 82 %. Finally, different carbon credit compensation scenarios were simulated with excess GHG emissions by maximizing gross profit at a cost of 0.03 US$/(kg-1 CO2), 0.10 US$/(kg-1 CO2) and total compensation of all GHG emissions generated, which indicated an impact of 0.86 %, 2.86 % and 4.77 % of gross profit, respectively. The economic-financial feasibility analysis made it possible to verify that the project is viable since the Net Present Value is 7.79 107 US$, the Minimum annual Attractiveness Rate of 14 %, the Internal Rate of Return is equal to 34 %, and the deadline for return on the initial investment (Simple Payback and Discounted Payback), is 2.90 years and 3.95 years, respectively. Keywords: Modular
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Dayvid Souza Santos
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Avaliação dos Impactos Sociais de Biorrefinarias de Pequeno e Médio Porte no Território Litoral Sul da Bahia considerando a Seleção de Tecnologias para Bioativos: Um Modelo MCDA.
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Orientador : RICARDO DE ARAUJO KALID
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MEMBROS DA BANCA :
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MISCHEL CARMEN NEYRA BELDERRAIN
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ANAPAULAHENRIQUESDE GUSMÃO
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SOCRATES JACOBO MOQUETE GUZMAN
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EWERTON EMMANUEL DA SILVA CALIXTO
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FERNANDO LUIZ PELLEGRINI PESSOA
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RICARDO DE ARAUJO KALID
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Data: 19/07/2023
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Avaliar o impacto social em projetos de biorrefinarias de pequeno e médio porte é fundamental para compreender as relações entre a sociedade e essas bioindústrias. Porém, um dos principais desafios está na aplicação de métodos que permitem considerar os aspectos quantitativos como minimização de custo e os qualitativos relacionados aos fatores, sociais, tecnológicos, psicológicos, culturais e entre outros que condicionam o comportamento dos indivíduos que vivem em comunidades e serão impactados por projetos de intervenção. À luz da discussão citada, este estudo possui como objetivo avaliar os impactos sociais de pequenas e médias biorrefinarinas, a partir da seleção de tecnologias para bioativos por meio de um Modelo Apoio a Decisão Multicritério – MCDA (Multicriteria Decision Making Analysis), com vista ao desenvolvimento humano do Território Litoral Sul da Bahia. Nesse sentido, este trabalho contribui no tema ao apontar evidências sobre diversas rotas tecnológicas que preservem ou conservem a Mata Atlântica e ao mesmo tempo estabelece relações positivas com a sociedade. A partir dessa premissa, as seguintes contribuições foram apresentadas (i) avaliar métodos e métricas que quantifiquem o impacto socioal de biorrefinarias, (ii) desenvolver uma análise socieconômica das cooperativas e associações familiares do Território Litoral Sul da Bahia - TLS, (iii) realiza mapeamento tecnológico dos pequenos produtores familiares do TLS, e o (iv) quantificar o potencial dos bioprodutos extraídos da Mata Atlântica e as aplicações à de biorrefinarias de pequeno e médio porte. Os resultados apontam a existência de uma carência de pesquisas direcionadas à investigação dos aspectos sociais de biorrefinaria de pequeno e médio porte, que usam diferentes rotas tecnológicas para a produção de multiprodutos, adicionalmente, as tecnologias Cavitação Hidrodinâmica e Catálise Heterogênea apresentam-se como aquelas que podem impactar positivamente em relação as questões sociais em territórios e consequentemente gerar novas oportunidades de negócio e de vida saudável. Mais especificamente a Cavitação Hidrodinâmica evita o uso excessivo de compostos tóxicos, o que é importante para gerar qualidade no emprego, e evitar lesões por intoxicação químicas, outra questão importante é que essa tecnologia é de fácil operação, e pode ser aplicada em maior ou menor escala de produção, por tanto, mais acessíveis as comunidades. Já Catálise Heterogênea possui uma menor pegada de carbono, quando comparado com outras tecnologias, significando um menor custo social, no entanto é mais aplicada a projetos de grande porte. Conclui-se que a ausência de uma política nacional atualizada e eficiente para o desenvolvimento de tecnologias, orientada para o aproveitamento da biomassa, que visem a promoção dos impactos sociais postivos, tem provocado empobrecimento das comunidades bem como uma proliferação de trabalho analógo ao escravo nas diversas regiões do país. Portanto, o modelo proposto pode ser utilizado por tomadores de decisões para simplificar o processo de avaliação de tecnologias a serem utilizadas para bioconversão de matérias primas em diversos de produtos de alto valor agregado nas pequenas e médias biorefinarias, bem como ser útil para apoiar os a implementação de estratégias que favorecem o desenvolvimento tecnológico e humano de comunidades.
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Assessing the social impact of small and medium-sized biorefinery projects is essential to understanding the relationship between society and these bioindustries. However, one of the main challenges is the application of methods that allow considering quantitative aspects such as cost minimization and qualitative aspects related to social, technological, psychological, cultural factors, among others, that condition the behavior of individuals who live in communities and will be impacted by intervention projects. In the light of the aforementioned discussion, this study aims to evaluate the social impacts of small and medium-sized biorefineries, based on the selection of technologies for bioactives through a Multicriteria Decision Making Analysis Support Model - MCDA (Multicriteria Decision Making Analysis), with a view to human development of the South Coast Territory of Bahia. In this sense, this work contributes to the theme by pointing out evidence on different technological routes that preserve or conserve the Atlantic Forest and, at the same time, establish positive relationships with society. From this premise, the following contributions were presented (i) evaluate methods and metrics that quantify the socioal impact of biorefineries, (ii) develop a socioeconomic analysis of cooperatives and family associations in the Território Litoral Sul da Bahia - TLS, (iii) carry out technological mapping of small family producers in the TLS, and (iv) quantify the potential of bioproducts extracted from the Atlantic Forest and applications to small and medium-sized biorefineries. The results point to the existence of a lack of research aimed at investigating the social aspects of small and medium-sized biorefineries, which use different technological routes for the production of multiproducts, in addition, the technologies Hydrodynamic Cavitation and Heterogeneous Catalysis are presented as those that can positively impact social issues in territories and consequently generate new business opportunities and healthy living. More specifically, Hydrodynamic Cavitation avoids the excessive use of toxic compounds, which is important to generate quality in the job, and to avoid injuries due to chemical intoxication, another important issue is that this technology is easy to operate, and can be applied in greater or lesser scale of production, therefore, more accessible to communities. Heterogeneous Catalysis, on the other hand, has a smaller carbon footprint when compared to other technologies, meaning a lower social cost, however it is more applied to large projects. It is concluded that the absence of an up-to-date and efficient national policy for the development of technologies, oriented towards the use of biomass, aimed at promoting positive social impacts, has caused the impoverishment of communities as well as a proliferation of work analogous to slavery in the different regions of the country. Therefore, the proposed model can be used by decision makers to simplify the process of evaluating technologies to be used for the bioconversion of raw materials into several high value-added products in small and medium-sized biorefineries, as well as being useful to support the implementation of strategies that favor the technological and human development of communities.
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LUIS ALBERTO PARGAS CARMONA
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PROCEDURE FOR EQUIPMENT SELECTION IN MECHANICAL SYSTEMS BASED ON CAPITAL COST MINIMIZATION AND OPTIMAL LOADING
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Orientador : JULIO AUGUSTO MENDES DA SILVA
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MEMBROS DA BANCA :
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JULIO AUGUSTO MENDES DA SILVA
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CRISTIANO HORA DE OLIVEIRA FONTES
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ANGELO MARCIO OLIVEIRA SANT ANNA
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LOURENCO GOBIRA ALVES
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Gilberto Reynoso Meza
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Cyro Albuquerque Neto
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Data: 04/08/2023
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Proporcionar o máximo desempenho com o custo mınimo é um desafio importante no desenho de instalações mecânicas. Um dos principais problemas é determinar a con- figuração otima de um conjunto de unidades funcionando em paralelo que minimize o consumo total de energia. Este problema é amplamente estudado na literatura e é conhecido como “despacho economico” (em sistemas de geraçãao de potência) ou como problema da carga otima” (em sistemas de climatização). No entanto, este problema precisa que as unidades sejam selecionadas previamente. O procedimento proposto neste trabalho objetiva resolver o problema da seleção e o problema da carga simultaneamente. Esta é uma proposta que permite determinar, de maneira rigorosa, as unidades que devem ser compradas e a correspondente configuração de operação. O procedimento foi aplicado a dois estudos de caso: i) seleção de chillers em sistemas de água gelada, e ii) seleção de turbinas a gas e motores em plataformas offshore de petróleo e gas. Ambos os casos foram analisados utilizando duas abordagens alternativas. Em primeiro lugar, uma otimização monobjetivo de uma função combinada baseada no custo e, em segundo lugar, uma otimização multiobjetivo do custo de capital e do consumo de energia. Os resultados em todos os casos mostraram que a capacidade nominal total das unidades selecionadas não é necessariamente próxima da carga pico, que ´e uma regra geral habitualmente uti- lizada na seleção de equipamentos. Por exemplo, no caso do sistema de água gelada, a capacidade nominal total da solução com três chillers de 500 TR é consideravelmente maior que a carga pico (900 TR). Da mesma forma, as soluções obtidas na seleção de turbinas de gas e motores em plataformas offshore são melhores que a solução padrão de três turbinas de gas aeroderivativas modelo GE LM2500+RD (G4) (com um custo de capital de 40.05 milhões de dólares e um consumo de combustível de 9.999 × 104 TJ na configuração otima durante a vida útil do sistema). Estes resultados contraintuitivos demonstram a necessidade da utilização de um procedimento sistemático de seleção.
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Providing maximum performance at minimum cost is a major challenge in the design of mechanical systems. One of the key problems is determining the optimal schedule of a set of units operating in parallel that minimizes the overall energy consumption. This is a widely studied problem in the literature known as \economic dispatch" (in power systems) or as \optimal loading problem" (in air-conditioning systems). However, the loading problem requires the units to be previously selected. This work proposes a procedure to solve the selection problem and the loading problem at the same time. The proposal is a novel procedure that allows determining, in a rigorous manner, the units that have to be purchased and the corresponding operation schedule. It was applied to two case studies: i) selection of chillers in cooling plants, and ii) selection of utility plants in oil and gas o_shore platforms. Both cases are analyzed using two alternative optimization approaches. First, a mono-objective optimization of a single cost-based function and, second, a multi-objective optimization of capital cost and energy consumption. The results in all cases showed that the total nominal capacity of the selected units is not necessarily closed to the peak load, which is a common rule-of-thumb guideline for equipment selection. For instance, the total nominal capacity of the solution with three 500 TR chillers in the cooling plant case is considerable greater the peak load (900 TR). Likewise, the solutions obtained in the selection of utility plants in FPSO platforms are better than the standard solution of three aeroderivative gas turbines model GE LM2500+RD (G4) (with a capital cost of 40.05 Millions of USD and a fuel consumption of 9:999 _ 104 TJ at the optimal setting during the lifetime of the system). These counter-intuitive results demonstrate the importance of using a systematic selection procedure.
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SILVIO LIBERATO DE MOURA FILHO
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ECOSSISTEMAS DE INOVAÇÃO DE ICTs: medição e avaliação de métricas de instituições brasileiras.
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Orientador : EDNILDO ANDRADE TORRES
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MEMBROS DA BANCA :
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ALEX ALISSON BANDEIRA SANTOS
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ANGELA MACHADO ROCHA
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ANTONIO SANTOS SANCHEZ
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André Luiz Amarante Mesquita
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CARLOS ANTONIO CABRAL DOS SANTOS
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EDNILDO ANDRADE TORRES
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EDUARDO TELES DE OLIVEIRA
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Data: 07/08/2023
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Na sociedade contemporânea, a inovação e a tecnologia são elementos-chave para a competitividade e melhoria da qualidade de vida da sociedade. Ao longo do seu processo de evolução, a Universidade e as Instituições de Ciência e Tecnologia (ICTs) vêm deixando de ser instituições fechadas, detentoras do saber, e vêm tendo uma postura mais protagonista no ecossistema regional de inovação, gerando impacto no seu entorno. Neste estudo objetivou-se construir e aplicar uma estrutura que possibilitasse a medição e avaliação do nível de maturidade de um ecossistema de ICT. Após uma vasta revisão na literatura existente, foi construído e proposto a referida estrutura, que foi testada e aplicada. Foram coletados dados de 49 ICTs, representantes de várias regiões do país. Os resultados analisados mostraram-nos que 73,5% das ICTs brasileiras inserem, de alguma forma, a inovação em sua estratégia político institucional. Os números também mostram que 38,8% das ICTs estabelecem articulações de nível alto ou muito alto com o ecossistema regional. Em termos de experiência com o tema da inovação, temos uma amostra dividida. Mais de 50% das ICTs tem mais de 10 anos de experiência, 36% tem mais de 15 anos, e 43% menos de 5 anos na área. Na geração de spin-offs, 25% da amostra ainda não possui resultados para mostrar, 77,3% geraram menos de 30 empresas, e 10% das ICTs apoiaram mais de 60 projetos. Considerando a produção de pesquisa e de patentes oriundas dos ecossistemas, os dados mostram uma distribuição equitativa em vários níveis de maturidade. Já para os recursos humanos alocados para inovação, dois grupos extremos se destacam, sendo um com 34,7% com nível mais baixo que a média e outro com 24,5% com alto investimento nessa linha, com mais de 20 pessoas participando do processo. Identificou-se que a grande maioria das instituições possui os chamados mecanismos de geração de empreendimentos (incubadoras e afins), bem como os ambientes de inovação, estando os conceitos dessas estruturas bastante consolidados no País. O estudo constrói um conjunto de 39 métricas de acompanhamento de ecossistemas de inovação. Tal arcabouço traz alternativas de contribuição para as ICTs no sentido de potencializar suas estratégias, recursos, processos e cultura no contexto da inovação e geração de spin offs para o mercado.
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In contemporary society, innovation and technology are key elements for competitiveness and improvement of society's life quality. Throughout its process of evolution, the University and the Institutions of Science and Technology (ICTs) have ceased to be closed institutions, holders of knowledge, and have taken on a more protagonist role in the regional innovation ecosystem, generating an impact on their surroundings. The aim of this study was to build and apply a structure that would enable the measurement and assessment of the maturity level of an ICT ecosystem. After an extensive review of the existing literature, the referred structure was built and proposed, which was tested and applied in Brazil. Data were collected from 49 ICTs, representing various regions of the country. The analyzed results showed us that 73.5% of Brazilian ICTs include, in some way, innovation in their institutional political strategy. The numbers also show that 38.8% of the ICTs establish high or very high level links with the regional ecosystem. In terms of experience with the topic of innovation, we have a split sample. More than 50% of ICTs have more than 10 years of experience, 36% have more than 15 years, and 43% have less than 5 years in the field. In the creation of spin-offs, 25% of the sample still do not have results to show, 77.3% create less than 30 firms, and 10% of the ICTs supported more than 60 projects. Considering the production of research and patents originating from ecosystems, the data show an equal distribution in several levels of maturity. As for human resources allocated to innovation, two distant groups stand out, one with 34.7% with a level lower than the average and another with 24.5% with a high investment in this line, with more than 20 people participating in the process. The data show that the vast majority of institutions have the so-called venture creation mechanisms (incubators and alike), as well as innovation environments, with the concepts of these structures being quite consolidated in the country. The study builds a set of 39 metrics to track innovation ecosystems. This model brings contribution alternatives for ICTs in order to enhance their strategies, resources, processes and culture in the context of innovation and generation of spin offs for the market.
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RAONY MAIA FONTES
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UMA ESTRUTURA DE SINTONIA AUTOMÁTICA DE MPC PARA RASTREAMENTO DE OBJETIVOS ECONÔMICOS EM POÇOS DE PETRÓLEO ELEVADOS POR BCS
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Orientador : MARCIO ANDRE FERNANDES MARTINS
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MEMBROS DA BANCA :
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MARCIO ANDRE FERNANDES MARTINS
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LUIS CLAUDIO OLIVEIRA LOPES
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Antonio Carlos Zanin
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Luz Adriana Alvarez Toro
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Bruno Faccini Santoro
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Data: 10/08/2023
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A utilização de bombas submersíveis elétricas para o levantamento de petróleo é um método amplamente utilizado na indústria de petróleo e gás para aumentar a produção. Portanto, controlar e otimizar esse processo para garantir uma produção estável e econômica é crucial, minimizando os custos operacionais e maximizando a eficiência de produção. Recentemente, a literatura tem encontrado excelentes resultados ao usar a técnica avançada de controle preditivo baseado em modelo (MPC) devido à sua facilidade em incorporar restrições e requisitos econômicos em sua formulação. Embora seja uma técnica poderosa, uma definição razoável dos parâmetros do MPC é necessária para seu bom funcionamento; caso contrário, o sistema pode operar em condições subótimas ou ineficientes. No entanto, ajustar o controlador MPC é um problema complexo que requer conhecimento especializado para selecionar parâmetros do controlador, como horizontes de previsão, horizontes de controle e pesos de controle. Além disso, a maioria dos métodos de ajuste na literatura é dedicada a formulações específicas de MPC, desempenho ou metas de robustez, não explorando o impacto do ajuste nos indicadores econômicos. Portanto, há uma necessidade de um método de ajuste generalizado que funcione para diferentes formulações, processos e requisitos de ajuste. Além disso, nenhum estudo na literatura investiga o efeito do ajuste do MPC na otimização e operação de poços de petróleo levantados por ESP, seja em termos de desempenho, robustez ou critérios econômicos. Portanto, é apresentado um método de ajuste generalizado do MPC, baseado em um algoritmo de otimização de horizonte de recuo em tempo real capaz de abranger diferentes formulações de MPC, restrições e critérios de ajuste, desde o desempenho até a economia. Este método oferece uma nova perspectiva para a otimização em tempo real de poços de petróleo levantados por ESP, abordando explicitamente o problema do ajuste do MPC. Os resultados mostram que a abordagem proposta tem potencial para a indústria de petróleo e gás, uma vez que foi possível testar diferentes estudos de caso e formulações de controle em resultados simulados, alcançando um aumento de 5,7% na produção de petróleo ou uma redução de 2,1% no consumo de energia, dependendo dos critérios desejados.
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Abstract of Thesis presented to PEI/UFBA as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Science (D.Sc.) The use of electrical submersible pumps (ESP) for oil lifting is a widely used method in the oil and gas industry to increase production. Therefore, controlling and optimizing this process to ensure stable and economical production is crucial, minimizing operational costs and maximizing production efficiency. A widely used technique to maximize performance, reduce costs, and define operational goals is real-time optimization (RTO). In order to adequately implement this techinique, it is necessary that the control layer works appropriately and is aligned with the challenges and requirements of the process. Recently, the literature has found excellent results using the advanced model predictive control (MPC) technique due to its ease of incorporating constraints and economic requirements into its formulation. Although it is a powerful technique, a reasonable definition of MPC parameters is necessary for its good operation; otherwise, the system may operate at suboptimal or inefficient conditions. However, tuning the MPC controller is a complex problem requiring specialized knowledge to select controller parameters, such as prediction horizons, control horizons, and control weights. In addition, most of the literature tuning methods are dedicated to specific MPC formulations, performance, or robustness goals, not exploring the impact of tuning on economic indicators. So, it is a need for a generalized tuning method that works for different formulations, processes, and tuning requirements. Besides that, no studies in the literature investigate the effect of MPC tuning on the optimization and operation of ESP-lifted wells, whether by performance, robustness, or economic criteria. Therefore, a generalized MPC tuning method is presented, based on an online receding horizon optimization algorithm capable of encompassing different MPC formulations, constraints, and tuning criteria, from performance to economics. This method provides a new perspective for the online optimization of ESP-lifted oil wells, explicitly addressing the MPC tuning problem. The results show that the proposed approach has potential for the oil and gas industry since it was possible to test different case studies and control formulations in simulated results, achieving a 5.7% improvement in oil production or a 2.1% reduction in energy consumption, depending on the desired criteria.
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Mário dos Santos Bulhões
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AVALIAÇÃO DO DESPERDÍCIO DE ALIMENTOS EM UNIDADES DE ALIMENTAÇÃO E NUTRIÇÃO - UAN: ESTUDO SOB A PERSPECTIVA DA ANÁLISE DE FLUXO DE MASSA, ECOEFICIÊNCIA E EQUAÇÕES ESTRUTURAIS.
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Orientador : MARCIO ANDRE FERNANDES MARTINS
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MEMBROS DA BANCA :
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Suellen Secchi Martinelli
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Taliana Kenia Alves Bezerra
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JORGE LAUREANO MOYA RODRIGUEZ
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MARCIO ANDRE FERNANDES MARTINS
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RYZIA DE CASSIA VIEIRA CARDOSO
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Data: 13/09/2023
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O desperdício de alimentos é uma realidade enfrentada e combatida em grande parte dos países no mundo, independente do volume de alimentos produzido. O objetivo geral deste trabalho é apresentar uma avaliação da dinâmica do desperdício de alimentos pela avaliação conjunta da MFA e da EE, como também propor um modelo estrutural de avaliação do desperdício de alimentos pelo uso da MEE como ferramenta de suporte a tomada de decisão. Como método, foi realizada uma revisão integrativa da literatura; implementação da MFA pela definição dos limites do sistema abordado (recebimento/acondicionamento, manipulação/preparo e distribuição) e execução da MFA pelo software STAN2.0; na EE, foram avaliadas as classes estabelecidas em função do custo associado ao desperdício e suas respectivas Pegada Hídrica (PH) e Pegada de Carbono (PC); através da MEE, definiu-se o modelo teórico estrutural e seu conjunto de indicadores. Os resultados apontam que (45,3 ± 1,4) t/mês do input do sistema produtivo, cerca de (23,5 ± 0,5) t/mês viraram desperdício, aproximadamente 51,87%. A análise da composição do desperdício revelou que em relação ao volume total, 58% dizem respeito ao Fator de Correção (FC), ficando em primeiro lugar. Em segundo, o resto ingestão/sobras de bandeja com 23% e, em terceiro lugar, com 19%, o desperdício das sobras limpas e sujas. As classes Legumes/Verduras e Leguminosas/Cereais apresentaram maior volume de desperdício (7,6 ± 0,5) t/mês e (6,18 ± 0,3) t/mês, respectivamente, com pegadas para cereais de PH = 8,938l/mês e Legumes/Verduras PH = 4,746 l/mês per capita. A análise de Ecoeficiência (EE) indicou que as classes Legumes/Verduras, Leguminosas/cereais e Bovino tiveram um custo maior associado ao desperdício. Os resultados do MFA evidenciaram que as atividades de processamento da função Cozinha Quente requerem atenção especial por processarem alimentos de maior complexidade do ponto de vista do seu manuseio e preparo, exigindo mais energia, água e mão de obra, quando comparada às atividades da função cozinha fria. A MEE confirmou que o modelo de medição se aproxima do modelo teórico estrutural, reforçando que as relações de causalidade entre os construtos são pertinentes para a saída do modelo. As hipóteses H3, H5, H6, H7 e H8 apresentam maior relevância para a saída do modelo, representado pelo constructo DS. Os resultados deste trabalho utilizados conjuntamente servem como instrumento para a tomada de decisões mais assertivas por parte dos gestores frente à problemática do desperdício de alimentos em UAN.
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Food waste is a reality faced and fought in most countries in the world, regardless of the volume of food produced. The present work proposes to present an evaluation of the dynamics of food waste in Food and Nutrition Units - UAN, from the perspective of Material Flow Analysis - MFA; Ecoefficiency – EE and Structural Equation Modeling – SEM. The general objective of this work is to present an evaluation of the dynamics of food waste through the joint evaluation of the MFA, EE, as well as to propose a structural model for the evaluation of food waste through the use of MEE as a tool to support decision making. As a method, an integrative literature review was carried out; implementation of the MFA by defining the limits of the addressed system (receipt/packaging, manipulation/preparation and distribution) and execution of the MFA by the STAN2.0 software; in the EE, the classes established were evaluated according to the cost associated with waste and their respective Water Footprint PH and Carbon Footprint PC; through the SEM, the structural theoretical model and its set of indicators were defined. The results indicate that (45.3 ± 1.4) t/month of input from the production system, about (23.5 ± 0.5) t/month became waste, approximately 51.87%. The analysis of the composition of the waste revealed that in relation to the total volume, 58% are related to the Correction Factor (FC), taking first place. In second place, intake/tray leftovers with 23% and in third place with 19% the waste of clean and dirty leftovers. The vegetable and leguminous/cereal classes had the highest volume of waste (7.6 ± 0.5) t/month and (6.18 ± 0.3) t/month, respectively, with a footprint for cereals of PH = 8.938l/ month and vegetables PH = 4.746 l/month per capita. While the Eco-efficiency-EE analysis indicated that the vegetables, legumes/cereals and meat classes had a higher cost associated with waste, the results of the MFA showed that the processing activities of the hot cooking function require special attention because they process more complex foods than point of view of its handling and preparation, requiring more energy, water and labor, when compared to the activities of the cold kitchen function. The SEM confirmed that the measurement model is close to the structural theoretical model, reinforcing that the causal relationships between the constructs are relevant to the model output. Hypotheses H3, H5, H6, H7 and H8 are more relevant to the model output, represented by the DS construct. The results of this work used jointly serve as an instrument for making more assertive decisions by managers in the face of the problem of food waste in UAN.
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ANA CAROLINA SANTOS DE SOUZA
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LIXIVIAÇÃO DE MONAZITA E SEPARAÇÃO DE TÓRIO E ELEMENTOS TERRAS RARAS LEVES EM MEIO CLORÍDRICO
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Orientador : LUIZ ROGERIO PINHO DE ANDRADE LIMA
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MEMBROS DA BANCA :
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André Carlos Silva
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Carlos Antônio Morais
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Marcelo Borges Mansur
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LUIZ ROGERIO PINHO DE ANDRADE LIMA
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VERSIANE ALBIS LEÃO
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Data: 10/10/2023
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Monazita é um dos principais minerais de terras raras leves e está sempre associada à presença de tório. Isso representa desafios no processamento devido à forte radiação presente neste mineral. Neste estudo, é abordada a separação do tório dos elementos terras raras leves em meio clorídrico a partir de monazita desfosforada. As etapas usadas para obter uma solução aquosa envolveram: adição de NaOH ao concentrado, aquecimento à temperatura de 400 oC por 3 horas, lavagem com água e posterior lixiviação do rejeito com HCl. As amostras da fase aquosa foram analisadas por ICP-OES. Para verificar a viabilidade da fusão alcalina, uma modelagem termodinâmica com diferentes reagentes foi realizada, e os cálculos termodinâmicos das prováveis reações foram feitos consultando o banco de dados do software HSC Chemistry 6.0. O NaOH se apresenta como o reagente mais eficaz do ponto de vista termodinâmico e energético. A separação do tório dos elementos de terras raras leves foi realizada por extração com solventes como Cyanex 572, 272, 923, 921 e misturas. Foi realizada uma modelagem teórica utilizando o software Spana para comparar as condições nos meios nítrico e clorídrico. Observou-se que o Cyanex 572 e suas misturas extraem 98% do tório em um único estágio, enquanto as extrações Cyanex 272 extrai 70% do tório e 40% dos ETR. Os resultados mostram que o tório pode ser separado dos ETR leves em meio clorídrico, tanto por Cyanex 272 quanto por Cyanex 572, sendo necessário um estágio adicional de extração ao utilizar o Cyanex 272. Os demais extratantes não apresentaram resultados satisfatório na separação. Os resultados mostram que a capacidade de extração pode ser melhorada utilizando diluentes de cadeia longa, pH ácido, abaixo de 2 e concentração de 5% para o cyanex 572 e 10% para o Cyanex 272.
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Monazite is one of the primary light rare earth minerals and is always associated with the presence of thorium. This poses challenges in processing due to the strong radiation present in this mineral. This study addresses the separation of thorium from light rare earth elements in hydrochloric acid medium from desphosphorized monazite. The steps used to obtain an aqueoussolution involved: addition of NaOH to the concentrate, heating at a temperature of 400°C for 3 hours, washing with water, and subsequent leaching of the residue with HCl. Samples from the aqueous phase were analyzed by ICP-OES. To assess the feasibility of alkaline fusion, thermodynamic modeling with different reagents was performed, and thermodynamic calculations of probable reactions were conducted using the HSC Chemistry 6.0 software database. NaOH appears as the most effective reagent from a thermodynamic and energetic standpoint. The separation of thorium from light rare earth elements was carried out through solvent extraction using compounds such as Cyanex 572, 272, 923, 921, and mixtures. Theoretical modeling was conducted using the Spana software to compare conditions in nitric and hydrochloric media. It was observed that Cyanex 572 and its mixtures extract 98% of the thorium in a single stage, while Cyanex 272 extracts 70% of the thorium and 40% of the LREEs. The results show that thorium can be separated from light rare earth elements in hydrochloric medium, both by Cyanex 272 and Cyanex 572, requiring an additional extraction stage when using Cyanex 272. The other extractants did not yield satisfactory results in the separation. The results indicate that extraction capacity can be improved by using long-chain diluents, an acidic pH below 2, and a concentration of 5% for Cyanex 572 and 10% for Cyanex 272.
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ICARO FIGUEIREDO VILASBOAS
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METODOLOGIA PARA MODELAGEM, SIMULAÇÃO E OTIMIZAÇÃO ECONÔMICA DE PLANTAS HELIOTÉRMICAS HIBRIDIZADAS: PROJETO AERES.
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Orientador : JULIO AUGUSTO MENDES DA SILVA
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MEMBROS DA BANCA :
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SILVIO DE OLIVEIRA JUNIOR
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ALEX ALISSON BANDEIRA SANTOS
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JOSÉ JOAQUIM CONCEIÇÃO SOARES
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JULIO AUGUSTO MENDES DA SILVA
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Osvaldo José Venturini
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Data: 08/11/2023
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Tecnologias heliotérmicas são afetadas pela baixa densidade e intermitência da fonte solar, além da baixa competitividade econômica dos coletores solares. Centrais heliotérmicas hibridizadas com recuperação de energia residual podem aumentar a eficiência de conversão da planta e a geração de eletricidade, ao passo que diminui os efeitos da intermitência da fonte solar. Este trabalho se concentra no desenvolvimento de uma metodologia para otimização de centrais heliotérmicas hibridizadas com recuperação de energia residual com base em indicadores de viabilidade econômica de projeto. A otimização visa selecionar a tecnologia dos coletores, dimensionamento, condições operacionais e o bloco de potência. Nas otimizações são consideradas para construção da planta: (i) trocadores para recuperação de calor residual, (ii) coletores solares não-concentradores e concentradores, (iii) bloco de potência de ciclo Rankine orgânico e (iv) tanques de armazenamento (sistema de armazenamento térmico direto). O cálculo da perda de calor dos tanques de armazenamentos e a avaliação dos ciclos Rankine orgânicos otimizados foram realizados usando modelos surrogates ou metamodelos, visando diminuir a carga computacional durante os sucessivos passos da otimização da central heliotérmica. As otimizações consideraram, ainda, dados climáticos variáveis hora a hora, representados por períodos meteorológicos típicos estatisticamente representativos de toda a vida útil da planta. Os modelos surrogate se mostraram adequados para representação dos ciclos Rankine orgânicos com R² variando entre 0,96 e 0,99, enquanto a porcentagem de casos com erro menor que 5% variam entre 88% e 75%. As otimizações das centrais heliotérmicas híbridas mostraram que as tecnologias heliotérmicas não são competitivas para os cenários econômicos e climáticos apresentados neste trabalho, apresentando uma taxa interna de retorno máxima de −4,6%. Ciclos Rankine orgânicos para aproveitamento de calor residual, por outro lado, se mostraram competitivos e taxas interna de retorno de até 44%, dependendo da fonte térmica disponível, foram obtidas.
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Heliothermic technologies are affected by the low density and intermittence of solar source, in addition to the low economic competitiveness of solar collectors. Hybrid solar–waste heat power systems can increase plant conversion efficiency and power generation, while reducing the effects of solar source intermittence. This work focuses on the development of s methodology to economically optimize hybrid solar–waste heat power systems in terms of technology selection, sizing, operating conditions, and power block characteristics. The technologies considered for algorithm selection were (i) heat exchangers that recover a wide range of waste heat sources, (ii) non-concentrating and concentrating solar collectors, (iii) organic Rankine cycle power blocks and (iv) storage tanks (direct thermal storage systems). Storage tanks heat loss calculation and organic Rankine cycles evaluation were provided using surrogate models to decrease the computational load during the optimization of the heliothermic power plant. The optimizations also considered hourly variable weather data, represented by typical meteorological periods statistically representative of the entire plant lifetime. The surrogate models proved to be suitable for representing optimized organic Rankine cycles with R-square ranging between 0.96 and 0.99, while the percentage of cases with error lower than 5% varies between 88% and 75%. The optimizations of the hybrid thermal power plants showed that the heliothermic technologies are not competitive for the scenario presented in this work, with a maximum internal rate of return of −4.6%. On the other hand, organic Rankine cycles for waste heat recovery proved to be highly competitive, presenting an internal rate of return up to 44%, depending on the available heat source.
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ROBSON WILSON SILVA PESSOA
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𝑞-formalismo na dinâmica adaptativa por Extremum Seeking e na Termodinâmica de eletrólitos no contexto da digestão anaeróbia.
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Orientador : KARLA PATRICIA SANTOS OLIVEIRA RODRIGUEZ ESQUERRE
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MEMBROS DA BANCA :
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Tiago Roux Oliveira
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DIEGO LIMA MEDEIROS
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ENRIQUE ANDRES LOPEZ DROGUETT
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IDELFONSO BESSA DOS REIS NOGUEIRA
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IGNACIO SEBASTIAN GOMEZ
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KARLA PATRICIA SANTOS OLIVEIRA RODRIGUEZ ESQUERRE
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LUCIANO MATOS QUEIROZ
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Data: 30/11/2023
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Inspirado nos trabalhos matemáticos desenvolvidos na Mecânica Estatística não Aditiva, com suas funções, álgebra e trigonometria extensamente aplicadas a sistemas complexos, são realizadas duas propostas nesta tese que implicam em consequências no contexto de sistemas dinâmicos não lineares e na termodinâmica de eletrólitos, que orbitam entorno da modelagem da digestão anaeróbia em reatores. A primeira contribuição trata da proposição de um algoritmo extremum seeking modificado com uma função oriunda da 𝑞-trigonometria de Borges com consequência no aumento da velocidade da busca ao extremo e minimização às perturbações externas. Esse resultado é demonstrado analiticamente pela apresentação da estabilidade assintótica no sentido de Lyapunov. A segunda proposta, está no contexto das interações de longo alcance tipicamente apresentada pelo comportamento em soluções eletrolíticas e modeladas pelo potencial de Debye-Hückel, sendo este potencial generalizada pela função 𝑞- exponencial, que permite, de forma simples, representar as propriedades de tensão superficial e coeficiente de atividade iônica médio, importantes para muitas aplicações em sistemas químicos, biológicos e ambientais. Na investigação das hipóteses termodinâmicas simplificadoras adotadas no ADM1 para o equilíbrio do biometano, verifica-se que são suficientes para representar o sistema do estudo de caso, diferente do comportamento do dióxido de carbono que é dependente das reações de equilíbrio químico e de eletrólitos. Adicionalmente, é confirmado o aumento de velocidade, abrangência do domínio de busca e redução da perturbação residual pela aplicação do algorítimo extremum seeking generalizado. Por fim, é demonstrado como o potencial de Debye-Hückel generalizado é capaz de estimar propriedades como a tensão superficial e o coeficiente de atividade iônica médio para faixas amplas de concentrações iônicas.
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Inspired by the mathematicalworks developed in Nonadditive Statistical Mechanics, with their functions, algebra and trigonometry, extensively applied to complex systems, are realized two proposals in this thesis which imply in consequences in the context of the non- linear dynamic system and in the thermodynamic of electrolytes, that orbit surround the anaerobic digestion in reactors. The first contribution talks about the proposition of an algorithm extremum seeking modified by a function from 𝑞-trigonometry of Borges with consequence in the increase of the speed in the search of the extreme and the minimum of the external disturbances. This result is analytically demonstrated by the presentation of the asymptotic stability according to Lyapunov. The second proposal, is in the context of the long-range interaction context typically presented by the behavior in electrolyte solutions and modelled by the potential of Debye-Hückel, which this potential is generalized by the 𝑞-exponential function, which allows, in a simple way, to represent the superficial tension properties and mean ionic activity coefficient, important to many applications in chemical, biological and environmental systems. In the investigation of thermodynamic hypothesis simplifying adopted in the ADM1 to the balance of the biomethane, it is verified that they are enough to represent the system of the study case, different from the behavior of the carbon dioxide, which is dependable from the chemical and electrolyte equilibrium reactions. In addition to that, it is confirmed the increase of velocity, the breadth of the domain and the reduce of the residual disturbance of the application of the generalized extremum seeking algorithm. Lastly, it is demonstrated how the potential of generalized Debye- Hückel is capable of estimate properties such as the superficial tension and the average of mean ionic activity coefficient to the wide ranges of ionic concentrations.
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ROGERIO SANTOS MARQUES
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ANÁLISE DOS FATORES DE COMPETITIVIDADE DA ENERGIA EÓLICA: UM ESTUDO DE CASO NO COMPLEXO EÓLICO ALTO SERTÃO NA BAHIA.
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Orientador : FRANCISCO GAUDENCIO MENDONCA FREIRES
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MEMBROS DA BANCA :
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ALOÍSIO SANTOS NASCIMENTO FILHO
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ANGELO MARCIO OLIVEIRA SANT ANNA
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ELIAS RAMOS DE SOUZA
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FRANCISCO LIMA CRUZ TEIXEIRA
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Néstor Fabián Ayala
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Data: 18/12/2023
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A crescente demanda por eletricidade no Brasil tem implicações econômicas significativas para o mercado de energia. Nesse contexto, é importante investigar fontes alternativas que possam atender a essa demanda, bem como compreender os principais fatores que influenciam esse processo. Nas últimas décadas, tem havido um aumento significativo nos estudos sobre novas formas de geração de energia utilizando fontes limpas e renováveis, devido à crescente preocupação com a relação entre a produção de energia a partir de combustíveis fósseis e as alterações climáticas. A energia eólica é considerada uma das fontes mais promissoras, devido ao seu crescimento exponencial, economia e garantia de suprimento contínuo. No entanto, dada a consolidação das fontes fósseis em termos econômicos e técnicos, é necessário compreender os fatores de competitividade que podem ser considerados como potencialidades ou restrições para o pleno desenvolvimento da energia eólica. Dessa forma, o objetivo geral desta pesquisa foi analisar os fatores de competitividade da energia eólica, utilizando como estudo de caso o complexo eólico Alto Sertão, localizado no Estado da Bahia. Para atingir esse objetivo, foram estabelecidos os seguintes objetivos específicos: compreender os fatores que influenciam a competitividade das energias renováveis, em particular a energia eólica, na região Nordeste do Brasil, com foco no Estado da Bahia; e utilizar uma abordagem metodológica que integre dados de fontes secundárias e entrevistas para analisar os fatores de competitividade identificados. A metodologia utilizada nesta pesquisa foi baseada em uma abordagem exploratória documental, que buscou informações regulamentadas junto a órgãos governamentais. Para compreender os fatores que influenciam a competitividade da energia eólica na região Nordeste, em particular no Estado da Bahia, foi adotada uma abordagem de pesquisa que levou em consideração a natureza do problema, os objetivos e os procedimentos técnicos adotados. A pesquisa utilizou predominantemente fontes secundárias de dados, combinadas com a realização de entrevistas. Os resultados encontrados nesta pesquisa, com base na análise conjunta dos fatores e pontos focais de competitividade da energia eólica utilizando o modelo Estudo da Competitividade da Indústria Brasileira - ECIB, indicam três fatores que conferem competitividade ao setor. Diferentemente de outros estados do Nordeste, que possuem maior ocorrência de ventos no litoral, a Bahia possui seu maior potencial eólico concentrado no interior, ao leste do rio São Francisco, da Serra do Espinhaço até Juazeiro. Isso se deve à baixa nebulosidade e ao processo de alta pressão atmosférica que se move em direção ao Nordeste, resultando em ventos de excelente qualidade para a geração eólica, o que confere competitividade à região.
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The increasing demand for electricity in Brazil has significant economic implications for the energy market. In this context, it is important to investigate alternative sources that can meet this demand, as well as understand the key factors that influence this process. In recent decades, there has been a significant increase in studies on new forms of energy generation using clean and renewable sources, due to growing concerns about the relationship between fossil fuel energy production and climate change. Wind energy is considered one of the most promising sources, due to its exponential growth, cost-effectiveness, and continuous supply assurance. However, given the consolidation of fossil fuel sources in economic and technical terms, it is necessary to understand the factors of competitiveness that can be considered as potentials or constraints for the full development of wind energy. Thus, the overall objective of this research was to analyze the competitiveness factors of wind energy, using the Alto Sertão wind complex located in the state of Bahia as a case study. To achieve this objective, the following specific objectives were established: to understand the factors that influence the competitiveness of renewable energies, particularly wind energy, in the Northeast region of Brazil, with a focus on the state of Bahia; and to use a methodological approach that integrates secondary data and interviews to analyze the identified competitiveness factors. The methodology used in this research was based on an exploratory documentary approach, which sought regulated information from government agencies. To understand the factors that influence the competitiveness of wind energy in the Northeast region, particularly in the state of Bahia, a research approach was adopted that took into account the nature of the problem, the objectives, and the technical procedures adopted. The research predominantly used secondary data sources, combined with conducting interviews. The results obtained in this research, based on the joint analysis of the factors and focal points of competitiveness of wind energy using the Study of Competitiveness of the Brazilian Industry - ECIB model, indicate three factors that confer competitiveness to the sector. Unlike other states in the Northeast, which have a higher occurrence of winds along the coast, Bahia has its greatest wind potential concentrated in the interior, east of the São Francisco River, from the Espinhaço Range to Juazeiro. This is due to low cloudiness and the process of high atmospheric pressure moving towards the Northeast, resulting in excellent quality winds for wind energy generation, which makes the region competitive.
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CLEBER NAUBER DO SANTOS
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Plataforma Multidimensional Online para Canais de Pesquisa, Desenvolvimento Tecnológico e Serviços (PD&S) em Instituições Educacionais, Científicas e Tecnológicas (IEPCT) Baseada em Business Intelligence (BI).
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Orientador : MARCIO LUIS FERREIRA NASCIMENTO
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MEMBROS DA BANCA :
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Josealdo Tonholo
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Luis Paulo Leopoldo Mercado
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ANGELO CONRADO LOULA
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GESIL SAMPAIO AMARANTE SEGUNDO
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MARCIO LUIS FERREIRA NASCIMENTO
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Data: 19/12/2023
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O trabalho em questão apresentou uma solução tecnológica online desenvolvida para integrar e sistematizar dados públicos, visando melhorar a gestão de Pesquisa, Desenvolvimento Tecnológico e Serviços em Instituições de Educação Profissional, Científica e Tecnológica no Brasil. Este sistema, registrado junto ao INPI (BR5120230010197) foi fundamentado em teorias de inovação, análise de negócios e visualização de dados, e utilizou uma abordagem quantitativa para incorporar técnicas de Business Intelligence, como data warehouse e dashboards interativos. Para o estudo de caso, analisaram-se os dados da Rede Federal de Educação Profissional, Científica e Tecnológica, e a solução proposta buscou enfrentar o desafio de superar os obstáculos na gestão eficiente de dados, atendendo demandas institucionais, produtivas e governamentais (incluindo as provenientes de órgãos de controle), que são cada vez mais vitais para assegurar uma gestão de dados ágil e precisa, com o objetivo de integrar e otimizar essa gestão. A metodologia, utilizou-se de uma abordagem quantitativa e empírico-dedutiva que incluiu revisão de literatura, consulta a usuários, identificação de fontes de dados e validação do sistema por nove especialistas. Os resultados indicaram que a ferramenta foi essencial para consolidar informações de múltiplas fontes, auxiliando gestores públicos e institucionais na resposta rápida e confiável às demandas dos órgãos de controle. A solução proposta também apresentou um design de fácil uso e grande potencial de mercado, adaptável a diferentes instituições do Sistema Nacional de Inovação. Adicionalmente, a implementação do sistema permitiu observar características específicas da Rede Federal, como a diversidade de disciplinas e a concentração geográfica das pesquisas, bem como a necessidade de fortalecer a colaboração entre pesquisadores e o setor privado. Após uma década, instituições do Nordeste e do Norte começaram a ganhar destaque. As conclusões reforçaram a necessidade de soluções tecnológicas práticas para os setores envolvidos e a importância da continuidade da pesquisa, sugerindo o aprofundamento teórico e a expansão metodológica, como a adoção de data lakes ou lakehouse. As limitações do estudo incluíram a dificuldade de acesso a dados públicos no Brasil e a necessidade de atualizações constantes do sistema para manter a qualidade e acessibilidade dos dados.
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The study presented an online technological solution developed to integrate and systematize public data, aiming to enhance the management of Research, Technological Development, and Services in Professional, Scientific, and Technological Education Institutions in Brazil. This system, registered with the National Institute of Industrial Property (INPI) under the number BR5120230010197, was grounded on theories of innovation, business analysis, and data visualization, employing a quantitative approach to incorporate Business Intelligence techniques such as data warehouses and interactive dashboards. For the case study, data from the Federal Network of Professional, Scientific, and Technological Education was examined, and the proposed solution aimed to overcome the challenges of efficient data management, meeting institutional, productive, and governmental demands (including those from control bodies), which are increasingly vital for ensuring agile and accurate data management to integrate and optimize this process. The methodology employed a quantitative and empirical-deductive approach that included a literature review, user consultation, data source identification, and system validation by nine experts. The findings indicated that the tool was essential for consolidating information from multiple sources, assisting public and institutional managers in rapidly and reliably responding to the demands of control bodies. The proposed solution also featured a user-friendly design with significant market potential, adaptable to various institutions within the Brazilian National Innovation System. Furthermore, the system implementation allowed for the observation of specific characteristics of the Federal Network, such as the diversity of disciplines and geographical concentration of research, as well as the need to strengthen collaboration between researchers and the private sector. After a decade, institutions in the Northeast and North regions began to stand out. The conclusions emphasized the necessity for practical technological solutions for the involved sectors and the importance of ongoing research, suggesting further theoretical deepening and methodological expansion, such as the adoption of data lakes or lakehouses. The study's limitations included difficulties in accessing public data in Brazil and the need for continual system updates to maintain data quality and accessibility.
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